实验：探索碰撞中的不变量说课稿教案

1、实验：探究碰撞中的不变量【教学目标】一、知识与技能1 .知道碰撞有不同类型，知道一维碰撞的实验方法选择。2 .知道质量改变的方法，会测量物体的质量。3 .会猜想两个物体碰撞前后可能不变的物理量。4 .知道物块碰撞前后速度的测量方法。5 .知道两个原来连在一起的物体相互作用而分开也是一种碰撞。6 .会选择实验方案，安排操作步骤，知道实验所需物理量的测量和器材操作。7 .知道实验数据的记录，合理分析实验数据与猜想相结合，并得出结论。二、过程与方法1 .培养学生猜想能力，合理选择实验方案和熟练操作的能力。2 .理解物块速度测量的转换替代思想是常用方法，会用转换方法测碰前， 碰后的速度。3 .经历实验

2、探究过程，发现规律，让学生认识到科学探究的意义；三、态度情感与价值观1 .运用实验方法探究一维碰撞中存在的不变量，体验到物理学习的科学价值。2 .通过科学探究教学培养学生的科学探究兴趣和热情。体验到探索自然规律的艰辛与 喜悦；培养学生主动与他人合作的精神。【重点难点】重点：1 .猜想两个物体碰撞前、后保持不变的物理量可能的表达形式3 .如何合理测量物块碰撞前后的速度？难点：1.如何创设从特殊到一般实验情境让学生能够猜想两个物体碰撞前、后保持不 变的物理量表达形式。4 .运用转换替代思想测量碰撞前后物块的速度。【教学方法和教学手段】1 .教学方法：运用物理“科学探究”和“实验探究”相结合的教学模

3、式实施教学。2 .教学手段：演示实验引导、分组定量实验相结合，多媒体辅助。【课前准备】1 .深入体会特级教师黄国龙著作新课程背景下中学物理探究教学模式构建和策略探讨2 .学习人民教育出版社物理室苗元秀老师“课程标准高中物理教科书（人教版）选修3-5编写思想” 一文。3 .教学环境：物理实验室，将准备好的分组实验器材先放置于学生桌下。4 .教学用具：演示视频，自制半定量研究一维碰撞实验装置，特大号象棋四个（配重 后质量相等），用光具座纸盒子填细沙长槽，多媒体课件。【教学过程】匐招HE愀品验证猫想-实验拓展研究球着实认制. 构完胞冷如构分 析 评 价1 .关注自然，观察实践，提出探究问题情境。观察

4、视频图像日常自然现象和社会生活中的各种碰撞现象：1.汽车相撞；2.体育项目台球比赛；3.天体星体碰撞；4 .微观粒子碰撞(强子对撞机宇宙大爆炸试验模拟动画) 5.实验室碰撞球等。这个实验一上来就能吸引学生眼球。分别拉起1个，2个，3个，4个放开后让其相碰撞，观察碰撞前后的对称运动现象。可以让学生用自已的物理语言来描述以 上现象。学生会提出运动小球的速度，运动小球的动能，运动小球的高度，运动小 球的能量可能不变的想法。引入新课：揭示自然生活中的各种碰撞现象的普遍性。学习和探究并且发现这类碰撞中蕴涵的物理规律是很具有科学价值和社会意义的。(1)从实际碰撞到一维碰撞，简化研究模型。师生对话与实际碰撞

5、现象相比较，一维碰撞是简单的，基本的。1. 一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。(2)利用对比实验，结合物理学的研究方法，揭示碰撞中运动状态变化的特点，提出猜想课题8对比性实验师生对话通过对比实验发现：现象1:质量相等的 A B球（m=mB）, B球静止，拉起 A球，放开后A与B碰撞，A球 静止，B球差不多以A球的速度摆起，摆到与 A初时等高。现象2:质量不等的 A B球（m>m0 , B球静止，拉起 A球，放开后 A与B碰撞，A, B 球以不同速度摆起。现象3:乒乓球A与铁球B球（m<nB）, B球静止，拉起乒乓球 A,放开后A与B碰撞， 乒乓球A差不

6、多以等速反弹摆起，B球仍静止。提出问题两个物体碰撞前后速度都发生变化，变化的情况却又各不相同。现象 1、现 象3提示我们碰撞前后有什么物理量保持不变？现象 2更加一般性，是否也具有共同的“不 变量”呢？分析讨论学生可能提出运动小球的速度， 运动小球的动能，运动小球的高度，运动小 球的能量保持不变。 教师运用感性实验现象引导学生由感性到理性的思考，关注碰撞问题所表现出的物体运动状态的改变。并能结合学生的认知逻辑水平，引导学生提出合理的猜想。2 .灵活优化，充分结合运用物理“实验探究”和“科学探究”教学模式开展教学（1）创设感性实验猜想情景，引导学生进行猜想引导猜想碰撞前后物体质量是不变的。显然并

7、不是我们追寻的“不变量”。根据猜 想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，由数学表达语言对称和谐出发。一个物体的速度在碰撞前后是变化的，二个物体的速度之和在碰撞前后是不是不变呢？即：% +%二 +心实验验证引导性提问：猜想“不变量”表达中与碰撞物体的质量可能无关出发，符合猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，符合科学语言对称和谐美。 如何改进对比实验情境 一设 计定量实验来验证猜想？分析讨论：实验中如何保证碰撞是一维的？怎样测量两个物体的碰撞前后速度？学生得出：由 >二扬力转换测量A, B物块碰撞前后的摆起的高度，计算碰撞前后物块的速度。即:教师提出这个引导问题，是发挥教师的主导作用

8、，引导研究方法，有利于探究过程的体现，避免课堂探究教学转变为验证性实验。实验方案的设计注重基础性，继承性和迁移性，避免学生实验设计的形式化。实验设计:（参考案例二学生提出、交流完善，确定设计；改进的装置如图所示。）说明：迁移和继承引课实验的情境，用生活化的素材参与设计，体现碰撞的一般性和情趣性，激发学生实验探究的动机和创造性思维的火花。单线摆不稳定，对心碰撞困难。用光滑 图板限定和大号象棋可以保证碰撞的一维性，通过对象棋配重可以容易改变质量大小。实验操作1:说明：通过贴金属片（1元硬币）或打孔填铁砂方法制成两个质量相 近的大号象棋。控制条件（mA =mB=24. 8g v2=0）用天平测量。将

9、A拉起hi后释放，B竖直静止悬挂。A摆下和B发生碰撞。用“逐次逼近法”确定 A, B上升的最高位置：先用目测确定摆上升的最高位置，做出标记，然后再重复碰撞几次，逐 次修正出准确位置。从图纸上测量出hi , hi , h；的数值。碰撞前碰撞后hiV1h2V2h1V1h2V200V1+V2V1 +V2分析讨论:猜想成立吗？如果成立， 是否具有普通性呢？从特殊到一般引导学生理解科学实验规律的一般性原理。实验操作2:说明： 铁砂方法制成两 =50. 0gmB=24. 8g改变A, B物体的质量关系。 通过贴金属片（1元硬币）或打孔填个质V2=0量相近两倍的大1个1元硬币质量号象棋。控制条件（mA6.

10、0g）数据记录：（mA =50 .0gmB=24. 8gV2=0)碰撞前碰撞后hivih2V2hiVih2V200V1+V2Vi +V2分析讨论:猜想% +为=匕+匕 并不是普通成立。二个物体的速度之和不是“不变量” C在A, B碰撞中，两物体的速度碰撞前后是变化的，发现二个物体的速度之和与碰撞物体的质量是有关的。质量是不变的，但碰撞物体的质量大小却会影响碰撞前后的运动状态。证伪了猜想后又如何修正猜想呢？猜想的表达式中可能包含m量。(2)铺设证伪实验情景，引导学生进行猜想。引导修正，提升猜想由引导实验的观察和以上证伪过程，由运动小球的能量可能保 持不变猜想：二个物体各自质量与自己的速度平方乘积

11、之和碰撞前后是不是不变呢？12门 1122,2,2分析讨论：由：v3 = 2gh 并应用实验操作1：实验操作2：的数据记录。可以发现只要验证：掰i"i +%=町瓦+洲=/请1=吗月十玳丸 是否成立？碰撞前碰撞后hih2r hi，h20mhi， ，mhi +mh2学生：猜想成立吗？如果成立，是否具有普通性呢？从特殊到一般继续引导学生理解科学实验规律的一般性原理。实验操作3:说明：通过在象棋相碰的侧面贴上强性的双面胶，如图所示。控制条件(mA =mB= 24. 8g V2=0)将A拉起hi后释放，A摆下和B发生碰撞。使 A B相碰后粘合在一起向上摆。用“逐一 . .' '

12、 次逼近法确thA,B上升的取局位置，测出hi,hi,h2的数值。数据记录：nA =mB =24. 8g '上二碰撞前碰撞后hih2hi0mhi'(m+n2) hi分析讨论:发现当A、B碰撞前后如果是分离的情况能量损耗较小，而A、B碰撞后粘合成一起，这样的相碰撞过程中能量明显有较大的损耗。那么碰撞前后的动能也并不是要追寻的“不变量”。通过在前面的 1, 2, 3实验操作中，引导学生由简单到复杂，由熟悉到继承，IlI由关联到创新。已经猜想证伪了+屿=十+吗，后来发现碰撞中的运动状态改变与质量 是有关的，又证伪了啊幽忖二洲武+吗?；。修正提升猜想那么，两个物体各自的质量与自己的速度

13、的乘积之和是不是“不变量” 呢？即：洲%+阳口%二加1X+网产;说明：学生对碰撞问题既熟悉又陌生，要求学生直接猜想 附1匕+冽？之二冽Fi+啊吗是困难的，要设计符合学生认知水平的猜想情境和台阶环节是必要的。再进行针对性强的引导， 在猜想环节设置演示实验 （有一定半定量性质的），学生熟悉并操作简洁，数据处理方法创新的实验情境中（而不是复杂的实验测量装置如气垫导轨，光电门等）发挥教师的主导作用。再给定器材的实验， 设计方向明确，可以降低难度。也容易让学生理解猜想的理性思考，从 而实现过程探究的教学过程。实验操作和讨论整合:结合实验操作 1、2、3三次实验数据记录环节分析讨论: 发现当A、B碰撞前后

14、是分离的还是 A、B碰撞后粘合成一起的， A、B质量相等的还是 A、B 质量不相等的。在师生互动协作过程中初步验证猜想。是否具有普通性呢？从特殊到一般继续引导学生理解科学实验规律的一般性原理。在学生进行分组实验之前，继续创设悖论实验情景，铺设“不变量”矢量性内涵。（3）创设悖论实验情景，铺设“不变量”矢量性的内涵。新的问题情境:在对比实验中乒乓球 A摆起后，碰撞原来静止的铁球 B,我们发现乒 乓球A反方向弹回来，铁球B几乎保持静止。一个小质量的物块去碰撞一个大质量的物块会 发生反方向弹回的现象。 这也是一种碰撞现象， 在这种碰撞现象中两个物体各自的质量与自iI己速度的乘积之和是不是“不变量”呢

15、？即：幽Fi+沼?当二沼Fi+西4仍成立吗？实验操作 4:控制条件mA =24. 8gmB= 50. 0gV2=0碰撞前碰撞后hiVih2V2hiVih2V200的田+附防分析讨论:我们发现，实验数据的正值代入，对于上述过程碰撞前后+吗铲3并不相同。这是为什么呢？这里创设一个悖论实验现象，为理解这个“不变量”的矢量性作一个铺垫。渗透科学史教育，理解“不变量”的矢量性笛卡尔被这一问题也难住了很长一段时具有相等性的特征。(4)进行分组实验实践将学生分成3大组，每种方案都安排6个小组进行实验，拿出事先准备好的仪器， 学生 进行实验。实验主要器材如下。间，直到被荷兰物理学家惠更斯解决。在牛顿所著的自然哲学的数学原理一书中这样描 述：推论：由指向同一方向的运动的和。以及由相反方向的运动的差。所得的运动的量，在 物体间相互作用中保持不变。”引导学生发现如果引入方向的正负性的话,图乙说明：如图甲