人教版(新教材)高中物理选择性必修1教学设计4：1 5 弹性碰撞和非弹性碰撞教案

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE11.5弹性碰撞和非弹性碰撞〖教学目标〗一、知识与技能1、了解什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。2、了解对心碰撞和非对心碰撞。二、过程与方法1、能用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。2、知道对心碰撞和非对心碰撞，加深对动量守恒定律和机械能守恒定律的理解。三、情感态度与价值观1、加深对动量守恒定律和机械能守恒定律的理解，能运用这两个定律解决与生产、生活相关的实际问题。2、有善于发现问题的精神，并具有解决问题的能力。3、培养学生正确的价值观和人生观，明白只有勤奋努力才可能有丰硕的收获。〖教学重难点〗1、掌握什么是弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞。(重点)2、掌握碰撞中动量和能量的关系。(难点)〖教学准备〗课件〖教学过程〗一、导入新课：教师引入课程：碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态……物体碰撞中动量的变化情况，前面已进行了研究。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？二、讲授新课： 1、弹性碰撞和非弹性碰撞教师演示：老师带来大小不同的两个弹力球，它们都有一定的弹性。使两球从一定高度分别落下，观察到弹力球都弹了起来。让两个球一上一下组合，再从刚才同一高度落下，观察两个球谁能跳得更高。教师提问：小球在上、大球在下一起落下，观察到小球弹起更高的高度，大球却几乎没有弹起来。它们的动能如何变化？你们猜一下为什么会这样变化？小组讨论交流：小球弹得更高，说明它获得了更大的动能，而大球几乎没有弹起来，说明它的动能减小了。可能是大球把自身的动能传递给了小球。教师引导：两个弹力球一上一下组合落下，大球被地面反弹后与小球之间发生了碰撞，我们知道碰撞过程中的动量可以发生传递，系统的动量守恒。既然机械能在碰撞中也能传递，那么系统的机械能又是否守恒呢？学生活动：利用现有实验器材，设计实验，探究物体碰撞后动能的变化。教师演示：牛顿摆中一动一静的碰撞实验，将一个小钢球拿起一定的高度，从静止释放，与另一个小钢球碰撞。观察到两个小球碰撞后，第一个小球静止下来，而第二个小球摆起一定的高度。在第一个小球与第二个小球碰撞部位粘上海绵泡沫，重复上述实验。教师提问：系统机械能在这个过程发生了怎样的传递和转化呢？学生回答：第一个小球被举高的重力势能在下落过程中转化为动能，碰撞后，第一个小球静止，第二个小球获得了动能，又在上升过程中全部转化为重力势能。教师提问：如果碰撞中第一个小球的动能全部传递给了第二个小球，第二个小球上升的高度与第一个小球释放前的高度应该有什么关系呢？此时系统机械能怎样？学生回答：一样高，机械能守恒。教师补充：小球碰撞部位粘上海绵泡沫后，小球在碰撞后不能摆到原来的高度，说明机械能不守恒。那么动能发生了改变，机械能有损失。教师总结：如果系统在碰撞前后动能不变，这类碰撞叫作弹性碰撞；如果系统在碰撞前后动能减少，这类碰撞叫作非弹性碰撞。教师补充：弹性碰撞物体形变的特点：弹性碰撞后的物体不发生永久性形变，不裂成碎片，不粘在一起，不发生热传递及其他变化。碰撞的特点：碰撞过程的五个特点（1）时间特点：在碰撞、爆炸现象中，相互作用的时间很短。（2）相互作用力的特点：在相互作用过程中，相互作用力先是急剧增大，然后急剧减小，平均作用力很大。（3）动量守恒条件的特点：系统的内力远远大于外力，所以系统即使所受合外力不为零，外力也可以忽略，系统的总动量守恒。（4）位移特点：碰撞、爆炸过程是在一瞬间发生的，时间极短，在物体发生碰撞、爆炸的瞬间，可忽略物体的位移，认为物体在碰撞、爆炸前后仍在同一位置。（5）能量转化特点：一部分动能先转化为弹性势能，再在恢复形变过程中，将弹性势能全部或部分转化为动能，未转化为动能的部分转化为内能或其他能。2、弹性碰撞的实例分析教师引导：如图所示，两个小球相碰，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同一条直线上,碰撞之后两球的速度仍会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰,也叫作对心碰撞或一维碰撞。教师补充：1、两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则碰后两球速度分别为v1′＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)v1，v2′＝eq\f(2m1,m1＋m2)v1。2、若m1＝m2的两球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则v1′＝0，v2′＝v1，即两者碰后交换速度。3、若m1≪m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝－v1，v2′＝0。表明m1被反向以原速率弹回，而m2仍静止。4、若m1≫m2，v1≠0，v2＝0，则二者弹性正碰后，v1′＝v1，v2′＝2v1。表明m1的速度不变，m2以2v1的速度被撞出去。教师提问：如图所示，如果两球碰撞前的速度与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线，碰撞过程还满足动量守恒吗？学生活动：小组讨论教师〖提*示〗：此种碰撞为非对心碰撞，满足动量守恒定律，但情况复杂。发生非对心碰撞的两个小球，可以将小球速度沿球心连线和垂直球心连线两个方向分解，在这两个方向上应用动量守恒定律列式求解。教师引导：视频中呈现了打台球、踢足球、汽车相撞、甚至是彗星撞击行星等碰撞现象，这些碰撞过程中发生的发热、发光，都是机械能转化成了热能、光能等形式的能量。近代物理学中，经常遇到的是微观粒子间的碰撞，微观粒子的碰撞几乎没有机械能损失，我们把它们近似地看作弹性碰撞。其实生活中碰撞的现象十分常见，比如打台球、踢足球、汽车相撞，这些碰撞中大部分是非弹性碰撞，撞击过程中的损坏、发热、发光都是机械能转化成了其他形式的能量。教师总结：碰撞的分类按动能是否损失分类弹性碰撞动量守恒，动能无损失非弹性碰撞动量守恒，动能有损失完全非弹性碰撞动量守恒，动能损失最大按碰撞前动量是否与两物体连线共线分类对心碰撞（正碰）速度与两球连线共线非对心碰撞（斜碰）速度与两球连线不共线〖课堂达标〗1、一颗水平飞来的子弹射入一个原来悬挂在天花板下静止的沙袋并留在其中和沙袋一起上摆,关于子弹与沙袋组成的系统,下列说法正确的是(

)A.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都守恒

B.子弹射入沙袋的过程中系统动量和机械能都不守恒

C.共同上摆阶段动量守恒,机械能不守恒

D.共同上摆阶段动量不守恒,机械能守恒〖答案〗D2、如图所示,在光滑的水平面上,质量为的小球A以速率向右运动。在小球的前方O点处有一质量为的小球B处于静止状态,Q点处为一竖直的墙壁。小球A与小球B发生弹性碰撞后两小球均向右运动,小球B与墙壁碰撞后原速率返回,并与小球A在P点相遇,PQ=2PO,则两小球的质量之比为()A.5:7 B.4:3 C.2:1 D.5:3〖答案〗D3、如图所示，小球A、B均静止在光滑水平面上。现给A球一个向右的初速度，之后与B球发生对心碰撞。下列关于碰后情况，说法正确的是（）A.碰后小球A、B一定共速B.若A、B球发生完全非弹性碰撞，A球质量等于B球质量，A球将静止C.若A、B球发生弹性碰撞，A球质量小于B球质量，无论A球初速度大小是多少，A球都将反弹D.若A、B球发生弹性碰撞，A球质量足够大，B球质量足够小，则碰后B球的速度可以是A球的3倍〖答案〗C〖板书设计〗§1.5弹性碰撞和非弹性碰撞一、碰撞的分类1．从能量角度分类(1)弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒。(2)非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒。(3)完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体或碰后具有共同速度，这种碰撞动能损失最大。2．从碰撞前后物体运动的方向是否在同一条直线上分类(1)正碰：(对心碰撞)两个球发生碰撞，如果碰撞之前球的速度方向与两球心的连线在同一条直线上，碰撞之后两个球的速度方向仍会沿着这条直线的方向而运动。(2)斜碰：(非对心碰撞)两个球发生碰撞，如果碰撞之前球的运动速度方向与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度方向都会偏离原来两球心的连线而运动。二、弹性碰撞特例1．两质量分别为m1、m2的小球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则碰后两球速度分别为v1′＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)v1，v2′＝eq\f(2m1,m1＋m2)v1。2．若m1＝m2的两球发生弹性正碰，v1≠0，v2＝0，则v1′＝0，v2′＝v1，即两者碰后交换