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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-5選修三1.1《碰撞》WORD教案1.doc

  • 資源ID:6186173       資源大?。?span id="0bebdkh" class="font-tahoma">34KB        全文頁數(shù):6頁
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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-5選修三1.1《碰撞》WORD教案1.doc

2019-2020年新課標(biāo)教科版3-5選修三1.1碰撞WORD教案1三維教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能(1)認(rèn)識彈性碰撞與非彈性碰撞,認(rèn)識對心碰撞與非對心碰撞;(2)了解微粒的散射。2、過程與方法:通過體會碰撞中動量守恒、機(jī)械能守恒與否,體會動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。3、情感、態(tài)度與價值觀:感受不同碰撞的區(qū)別,培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。教學(xué)重點:用動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問題教學(xué)難點:對各種碰撞問題的理解教學(xué)方法:教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具:投影片,多媒體輔助教學(xué)設(shè)備(一)引入新課 碰撞過程是物體之間相互作用時間非常短暫的一種特殊過程,因而碰撞具有如下特點:(1)碰撞過程中動量守恒。提問:守恒的原因是什么?(因相互作用時間短暫,因此一般滿足F內(nèi)>>F外的條件)(2)碰撞過程中,物體沒有宏觀的位移,但每個物體的速度可在短暫的時間內(nèi)發(fā)生改變。(3)碰撞過程中,系統(tǒng)的總動能只能不變或減少,不可能增加。提問:碰撞中,總動能減少最多的情況是什么?(在發(fā)生完全非彈性碰撞時總動能減少最多)(二)進(jìn)行新課1、展示投影片1,內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量為M的重錘自h高度由靜止開始下落,砸到質(zhì)量為m的木楔上沒有彈起,二者一起向下運動設(shè)地層給它們的平均阻力為F,則木楔可進(jìn)入的深度L是多少? 組織學(xué)生認(rèn)真讀題,并給三分鐘時間思考。(1)提問學(xué)生解題方法:可能出現(xiàn)的錯誤是:認(rèn)為過程中只有地層阻力F做負(fù)功使機(jī)械能損失,因而解之為Mg(h+L)+mgL-FL=0。(2)歸納:第一階段,M做自由落體運動機(jī)械能守恒,m不動,直到M開始接觸m為止。再下面一個階段,M與m以共同速度開始向地層內(nèi)運動,阻力F做負(fù)功,系統(tǒng)機(jī)械能損失。提問:第一階段結(jié)束時,M有速度,而m速度為零。下一階段開始時,M與m就具有共同速度,即m的速度不為零了,這種變化是如何實現(xiàn)的呢?(在上述前后兩個階段中間,還有一個短暫的階段,在這個階段中,M和m發(fā)生了完全非彈性碰撞,這個階段中,機(jī)械能(動能)是有損失的)(3)讓學(xué)生獨立地寫出完整的方程組 第一階段,對重錘有: 第二階段,對重錘及木楔有: Mv+0=(M+m) 第三階段,對重錘及木楔有: (4)小結(jié):在這類問題中,沒有出現(xiàn)碰撞兩個字,碰撞過程是隱含在整個物理過程之中的,在做題中,要認(rèn)真分析物理過程,發(fā)掘隱含的碰撞問題。2、展示內(nèi)容如下: 如圖所示,在光滑水平地面上,質(zhì)量為M的滑塊上用輕桿及輕繩懸吊質(zhì)量為m的小球,此裝置一起以速度v0向右滑動,另一質(zhì)量也為M的滑塊靜止于上述裝置的右側(cè)。當(dāng)兩滑塊相撞后,便粘在一起向右運動,則小球此時的運動速度是多少?(1)提問學(xué)生解答方案:可能出現(xiàn)的錯誤有:在碰撞過程中水平動量守恒,設(shè)碰后共同速度為v,則有:(M+m)v0+0(2M+m)v 解得:小球速度 (2)明確表示此種解法是錯誤的。提醒學(xué)生注意碰撞的特點:即宏觀沒有位移,速度發(fā)生變化,然后要求學(xué)生們尋找錯誤的原因(3)歸納,明確以下的研究方法: 碰撞之前滑塊與小球做勻速直線運動,懸線處于豎直方向。 兩個滑塊碰撞時間極其短暫,碰撞前、后瞬間相比,滑塊及小球的宏觀位置都沒有發(fā)生改變,因此懸線仍保持豎直方向。 碰撞前后懸線都保持豎直方向,因此碰撞過程中,懸線不可能給小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不變。 結(jié)論是:小球未參與滑塊之間的完全非彈性碰撞,小球的速度保持為v0小結(jié):由于碰撞中宏觀無位移,所以在有些問題中,不是所有物體都參與了碰撞過程,在遇到具體問題時一定要注意分析與區(qū)別。3、展示內(nèi)容如下:在光滑水平面上,有A、B兩個小球向右沿同一直線運動,取向右為正,兩球的動量分別是pA=5kgm/s,pB=7kgm/s,如圖所示,若能發(fā)生正碰,則碰后兩球的動量增量pA、pB可能是( )ApA=-3kgm/s;pB =3kgm/sBpA=3kgm/s;pB =3kgm/sCpA=-10kgm/s;pB =10kgm/sDpA=3kgm/s;pB =-3kgm/s(1)提問:解決此類問題的依據(jù)是什么?歸納:系統(tǒng)動量守恒;系統(tǒng)的總動能不能增加;系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完全非彈性碰撞時的能量減少量;碰撞中每個物體動量的增量方向一定與受力方向相同;如碰撞后向同方向運動,則后面物體的速度不能大于前面物體的速度。(2)提問:題目僅給出兩球的動量,如何比較碰撞過程中的能量變化?(幫助學(xué)生回憶的關(guān)系)(3)提問:題目沒有直接給出兩球的質(zhì)量關(guān)系,如何找到質(zhì)量關(guān)系? 要求學(xué)生認(rèn)真讀題,挖掘隱含的質(zhì)量關(guān)系,即A追上B并相碰撞,所以: ,即 , 最后得到正確答案為A4、展示內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量為m的小球被長為L的輕繩拴住,輕繩的一端固定在O點,將小球拉到繩子拉直并與水平面成角的位置上,將小球由靜止釋放,則小球經(jīng)過最低點時的即時速度是多大?組織學(xué)生認(rèn)真讀題,并給三分鐘思考時間。(1)提問學(xué)生解答方法:可能出現(xiàn)的錯誤有:認(rèn)為輕繩的拉力不做功,因此過程中機(jī)械能守恒,以最低點為重力勢能的零點,則: 得(2)引導(dǎo)學(xué)生分析物理過程 第一階段,小球做自由落體運動,直到輕繩位于水平面以下,與水平面成角的位置處為止在這一階段,小球只受重力作用,機(jī)械能守恒成立。 下一階段,輕繩繃直,拉住小球做豎直面上的圓周運動,直到小球來到最低點,在此過程中,輕繩拉力不做功,機(jī)械能守恒成立。提問:在第一階段終止的時刻,小球的瞬時速度是什么方向?在下一階段初始的時刻,小球的瞬時速度是什么方向?在學(xué)生找到這兩個速度方向的不同后,要求學(xué)生解釋其原因,總結(jié)歸納學(xué)生的解釋,明確以下觀點: 在第一階段終止時刻,小球的速度豎直向下,既有沿下一步圓周運動軌道切線方向(即與輕繩相垂直的方向)的分量,又有沿軌道半徑方向(即沿輕繩方向)的分量在輕繩繃直的一瞬間,輕繩給小球一個很大的沖量,使小球沿繩方向的動量減小到零,此過程很類似于懸掛輕繩的物體(例如天花板)與小球在沿繩的方向上發(fā)生了完全非彈性碰撞,由于天花板的質(zhì)量無限大(相對小球),因此碰后共同速度趨向于零在這個過程中,小球沿繩方向分速度所對應(yīng)的一份動能全部損失了因此,整個運動過程按機(jī)械能守恒來處理就是錯誤的(3)要求學(xué)生重新寫出正確的方程組 解得:小結(jié):很多實際問題都可以類比為碰撞,建立合理的碰撞模型可以很簡潔直觀地解決問題,下面繼續(xù)看例題。5、展示內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量分別為mA和mB的滑塊之間用輕質(zhì)彈簧相連,水平地面光滑,mA、mB原來靜止,在瞬間給mB一很大的沖量,使mB獲得初速度v0,則在以后的運動中,彈簧的最大勢能是多少?(1)mA、mB與彈簧所構(gòu)成的系統(tǒng)在下一步運動過程中能否類比為一個mA、mB發(fā)生碰撞的模型?(因系統(tǒng)水平方向動量守恒,所以可類比為碰撞模型)(2)當(dāng)彈性勢能最大時,系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)生了什么樣的碰撞?(勢能最大,動能損失就最大,因此可建立完全非彈性碰撞模型)經(jīng)過討論,得到正確結(jié)論以后,要求學(xué)生據(jù)此而正確解答問題,得到結(jié)果為:教學(xué)資料一維彈性碰撞的普適性結(jié)論: 新課標(biāo)人教版選修3-5第15頁討論了一維彈性碰撞中的一種特殊情況(運動的物體撞擊靜止的物體),本文旨在在此基礎(chǔ)之上討論一般性情況,從而總結(jié)出普遍適用的一般性結(jié)論。在一光滑水平面上有兩個質(zhì)量分別為、的剛性小球A和B,以初速度、運動,若它們能發(fā)生碰撞(為一維彈性碰撞),碰撞后它們的速度分別為和。我們的任務(wù)是得出用、表達(dá)和的公式。、是以地面為參考系的,將A和B看作系統(tǒng)。由碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒,有有彈性碰撞中沒有機(jī)械能損失,有由得由得將上兩式左右相比,可得 即或碰撞前B相對于A的速度為,碰撞后B相對于A的速度為,同理碰撞前A相對于B的速度為,碰撞后A相對于B的速度為,故式為或, 其物理意義是:碰撞后B相對于A的速度與碰撞前B相對于A的速度大小相等,方向相反;碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等,方向相反;故有:結(jié)論1:對于一維彈性碰撞,若以其中某物體為參考系,則另一物體碰撞前后速度大小不變,方向相反(即以原速率彈回)。聯(lián)立兩式,解得下面我們對幾種情況下這兩個式子的結(jié)果做些分析。若,即兩個物體質(zhì)量相等 , ,表示碰后A的速度變?yōu)?,B的速度變?yōu)?。故有:結(jié)論2:對于一維彈性碰撞,若兩個物體質(zhì)量相等,則碰撞后兩個物體互換速度(即碰后A的速度等于碰前B的速度,碰后B的速度等于碰前A的速度)。若,即A的質(zhì)量遠(yuǎn)大于B的質(zhì)量這時,。根據(jù)、兩式,有 , 表示質(zhì)量很大的物體A(相對于B而言)碰撞前后速度保持不變?nèi)簦碅的質(zhì)量遠(yuǎn)小于B的質(zhì)量這時,。根據(jù)、兩式,有 , 表示質(zhì)量很大的物體B(相對于A而言)碰撞前后速度保持不變綜合,可知:結(jié)論3: 對于一維彈性碰撞,若其中某物體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于另一物體的質(zhì)量,則質(zhì)量大的物體碰撞前后速度保持不變。至于質(zhì)量小的物體碰后速度如何,可結(jié)合結(jié)論1和結(jié)論3得出。以為例,由結(jié)論3可知,由結(jié)論1可知,即,將代入,可得,與上述所得一致。以上結(jié)論就是關(guān)于一維彈性碰撞的三個普適性結(jié)論。練習(xí):如圖所示,乒乓球質(zhì)量為m,彈性鋼球質(zhì)量為M(M>>m),它們一起自高度h高處自由下落,不計空氣阻力,設(shè)地面上鋪有彈性鋼板,球與鋼板之間的碰撞及乒乓球與鋼球之間的碰撞均為彈性碰撞,試計算鋼球著地后乒乓球能夠上升的最大高度。解析:乒乓球和彈性鋼球自狀態(tài)1自由下落,至彈性鋼球剛著地(狀態(tài)2)時,兩者速度相等 則彈性鋼球跟彈性鋼板碰撞后瞬間(狀態(tài)3),彈性鋼球速率仍為v,方向變?yōu)樨Q直向上,緊接著,彈性鋼球與乒乓球碰,碰后瞬間(狀態(tài)4)乒乓球速率變?yōu)関,由結(jié)論3可知,彈性鋼球與乒乓球碰后彈性鋼球速度保持不變(速率仍為v,方向為豎直向上);由結(jié)論1可知,彈性鋼球與乒乓球碰前瞬間(狀態(tài)3)乒乓球相對于彈性鋼球的速度為2v,方向為豎直向下,彈性鋼球與乒乓球碰后瞬間(狀態(tài)4)乒乓球相對于彈性鋼球的速度為2v,方向為豎直向上。則: v=3v由 得:

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