人教版選修35 實驗：探究碰撞中的不變量 第1課時 教案.doc

16.1實驗：探究碰撞中的不變量教學目標1. 知識與技能（1）了解碰撞的不同類型以及一維碰撞的實驗方法。（2）知道探究碰撞中的不變量的基本思路。（3）知道質量改變的方法，掌握物塊碰撞前后速度的測量方法。（4）掌握實驗數據的處理，合理分析實驗數據與猜想相結合，并得出結論。2. 過程與方法（1）通過分析教材提供的實驗方案，學習根據要求設計實驗的方法。（2）通過實驗過程提高學生的動手操作能力和分析數據的能力。（3）經歷實驗探究過程，發(fā)現規(guī)律，讓學生認識到科學探究的意義。3. 情感態(tài)度與價值觀（1）通過實驗的設計，提高學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。（2）通過科學的實驗探究，培養(yǎng)學生的科學探究興趣以及主動與他人合作的精神。教學重點及難點 重點：碰撞中的不變量的探究。 難點：實驗數據的采集和處理，實驗方案的設計。教學方法 本節(jié)內容主要通過實驗法，探究法，討論法從實驗觀察現象入手，引導學生確定研究的問題，并提出猜想，進而引導學生提出多種實驗方案，并按選定的實驗方案收集實驗數據得出結論。教學媒體 計算機，投影儀，教科書，ppt課件，實驗器材,如：氣墊導軌，光電計時器，滑塊，打點計時器等。教學過程1. 創(chuàng)設情境，引入新課 “實驗 探究碰撞中的不變量”是對于動量守恒定律的引入，教師可以結合學生原有認知結構，利用實驗創(chuàng)設問題情境，讓學生主動地得到關于碰撞前后具體的不變量。【事件1】教師利用視頻軟件向學生播放一些關于碰撞的視頻，例如：1汽車相撞；2天體星體碰撞等，激發(fā)學生探究碰撞現象的興趣。進而讓學生列舉出自己了解的碰撞實例，教師說明：碰撞是一種非常常見的現象，且種類繁多、變化多端?！臼录?】教師提出問題：生活中碰撞現象是極其普遍的，大到天體小到微觀粒子。因此，碰撞很值得我們去研究。通過剛才的視頻我們發(fā)現碰撞中物體的運動狀態(tài)總是要改變的，那么物體的運動狀態(tài)的改變有什么規(guī)律呢？今天我們就一起來探究這個問題。【教學設計說明】通過視頻的播放，為學生創(chuàng)設問題情境，引發(fā)學生探究實驗規(guī)律的積極性，從而引入本節(jié)教學。2. 講授新課 （1）利用實驗展示不同情況的碰撞【事件3】教師提出：生活中的碰撞變化多端，我們從最簡單的一位碰撞進行研究。并指明：兩個物體碰撞前后均沿同一條直線運動，這種碰撞叫做一維碰撞。演示實驗：如上圖所示，將不同質量的小球之間進行碰撞，觀察出以下實驗現象： 現象1：質量相等的a、b球（ma=mb），b球靜止，拉起a球，放開后a與b碰撞，a球靜止，b球差不多以a球的速度擺起，擺到與a初時等高。 現象2：質量不等的a、b球（mamb），b球靜止，拉起a球，放開后a與b碰撞，a，b球以不同速度擺起。 現象3：乒乓球a與鐵球b球（mamb），b球靜止，拉起乒乓球a，放開后a與b碰撞，乒乓球a差不多以等速反彈擺起，b球仍靜止。事件4教師提出問題：兩個物體碰撞前后速度都發(fā)生變化，變化的情況卻又各不相同?，F象1、現象3提示我們碰撞前后有什么物理量保持不變？現象2更加一般性，是否也具有共同的“不變量”呢？教學設計說明利用對比實驗，結合物理學的研究方法，揭示碰撞中運動狀態(tài)變化的特點，引導學生提出自己的猜想。 （2）根據實驗情景，提出問題猜想事件5碰撞前后物體質量不變，但質量并不描述物體的運動狀態(tài)，不是我們追尋的“不變量”，而且我們要找的是在各種碰撞情況下都不改變的不變量量。根據猜想的一般原理由簡單到復雜，由單一到多樣，引導學生進行以下猜想：速度在碰撞前后是變化的，但一個物體的質量與他的乘積是不是不變量？如果不是，那么，兩個物體各自的質量與自己的速度乘積之和是不是不變量？或者，各自的質量與自己的速度的二次方的乘積之和是不是不變量？或者，兩個物體的速度與自己質量的比值之和在碰撞前后保持不變？事件6教師引導學生提出猜想后，讓學生自己設計表格處理實驗數據，并將學生每四個人分成一組，利用實驗器材（氣墊導軌和光電記時器）進行自主實驗，實驗過程中，教師巡查，發(fā)現問題及時指導，并將實驗數據記錄到如下的表格中：教學設計說明根據簡單的實驗引導學生提出合理的猜想，不至于太過倉促，并使學生能夠更好的理解實驗內容。教師通過分組的方式讓學生進行自主實驗，提高了學生的動手能力和團結合作精神。 （3）分析實驗數據，總結實驗規(guī)律事件7待同學們整理好實驗數據后，讓同學們分組討論自己的實驗結論，并總結出碰撞前后的不變量是什么。事件8通過學生的總結，教師得出結論：物體碰撞前后兩個物體各自的質量與自己的速度乘積之和是不變的，實際上并不是一次實驗，就能得到一個規(guī)律，但是會對我們的猜想增添幾分把握。只有根據實驗結果推導出的許許多多新結論都與事實一致時，猜想才能成為一條定律。教學設計說明學生經過自己的分析討論得到自己的實驗結論，結合教師總結的最終結論，可以更好的牢記實驗過程，掌握實驗原理。3.課堂小結教師引導學生從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度總結本節(jié)課的收獲，教師進行點評和總體歸納。教學設計說明讓學生自主總結本節(jié)收獲，充分調動學生主動性，教師給予引導讓學生不光從知識角度總結，而且應重視科學的研究思路與方法，要逐步養(yǎng)成科學的情感態(tài)度與價值觀。例：某班物理興趣小組選用如圖6所示裝置來“探究碰撞中的不變量”將一段不可伸長的輕質小繩一端與力傳感器(可以實時記錄繩所受的拉力)相連固定在o點，另一端連接小鋼球a，把小鋼球拉至m處可使繩水平拉緊在小鋼球最低點n右側放置有一水平氣墊導軌，氣墊導軌上放有小滑塊b(b上安裝寬度較小且質量不計的遮光板)、光電門(已連接數字毫秒計)當地的重力加速度為g.圖6某同學按上圖所示安裝氣墊導軌、滑塊b(調整滑塊b的位置使小鋼球自由下垂靜止在n點時與滑塊b接觸而無壓力)和光電門，調整好氣墊導軌高度，確保小鋼球a通過最低點時恰好與滑塊b發(fā)生正碰讓小鋼球a從某位置釋放，擺到最低點n與滑塊b碰撞，碰撞后小鋼球a并沒有立即反向，碰撞時間極短(1)(多選)為完成實驗，除了毫秒計讀數t、碰撞前瞬間繩的拉力f1、碰撞結束瞬間繩的拉力f2、滑塊b質量mb和遮光板寬度d外，還需要測量的物理量有_(用題中已給的物理量符號來表示)a小鋼球a質量mab繩長lc小鋼球從m到n運動的時間(2)滑塊b通過光電門時的瞬時速度vb_(用題中已給的物理量符號來表示)(3)實驗中的不變量的表達式是：_.(用題中已給的物理量符號來表示)答案(1)ab(2)(3)mb解析滑塊b通過光電門時的瞬時速度vb.根據牛頓第二定律得：f1magma.f2magma.實驗中的不變量為：mav1mav2mbvb整理得，mb.所以還需要測量小鋼球a的質量ma以及繩長l.課堂練習：1(多選)在利用細繩懸掛等大小球“探究碰撞中的不變量”的實驗中，下列說法正確的是()a懸掛兩球的細繩長度要適當，且等長b由靜止釋放小球，以便較準確地計算小球碰前速度c兩小球必須都是剛性球，且質量相同d兩小球碰后可以粘在一起共同運動答案abd解析兩繩等長能保證兩球正碰，以減小實驗誤差，所以a正確；由于計算碰撞前速度時用到了mghmv20，即初速度要求為0，b正確；本實驗中對小球是否有彈性無要求，c錯誤；兩球正碰后，有各種運動情況，所以d正確2(多選)在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，若用氣墊導軌和光電計時裝置進行探究，則需要的測量儀器(或工具)有()a秒表 b天平c毫米刻度尺 d螺旋測微器答案bc解析在該實驗中，需要測量物體的質量和擋光片的寬度，即需要天平和毫米刻度尺3(多選)若用打點計時器做“探究碰撞中的不變量”的實驗，下列操作正確的是()a相互作用的兩車上，一個裝上撞針，一個裝上橡皮泥，是為了改變兩車的質量b相互作用的兩車上，一個裝上撞針，一個裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘在一起c先接通打點計時器的電源，再釋放拖動紙帶的小車d先釋放拖動紙帶的小車，再接通打點計時器的電源答案bc解析相互作用的兩車上，一個裝上撞針，一個裝上橡皮泥，是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運動，這種情況能得到能量損失最大的碰撞，選項a錯、b正確；應當先接通打點計時器的電源，再釋放拖動紙帶的小車，若小車釋放以后再接通電源，紙帶上能打上點的距離較短，不容易得到實驗數據，故選項c正確、d錯4(多選)在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，對于最終的結論m1v1m2v2m1v1m2v2，下列說法正確的是()a僅限于一維碰撞b任何情況下m1vm2vm1v12m2v22也一定成立c式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小d式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的質量與速度的乘積之和答案ad解析這個實驗是在一維情況下設計的實驗，其他情況未做探究；系統(tǒng)的質量與速度的乘積之和在碰撞前、后為不變量是實驗的結論，其他探究的結論情況不成立，而速度是矢量，應考慮方向故選項a、d正確作業(yè)：1用圖1所示裝置研究碰撞中的不變量，氣墊導軌水平放置，擋光板寬度9.0 mm，兩滑塊被彈簧彈開后，左側滑塊通過左側光電計時器，記錄時間為0.040 s，右側滑塊通過右側光電計時器，記錄時間為0.060 s，左側滑塊質量100 g，左側滑塊m1v1大小_gm/s，右側滑塊質量149 g，兩滑塊質量與速度乘積的矢量和m1v1m2v2_gm/s.圖1答案22.50解析左側滑塊的速度為：v10.225 m/s則左側滑塊m1v1100 g0.225 m/s22.5 gm/s右側滑塊的速度為：v2 m/s0.15 m/s則右側滑塊m2v2149 g(0.15 m/s)22.4 gm/s可見在誤差允許的范圍內兩滑塊m1v1m2v20.2在用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”實驗時，左側滑塊質量m1170 g，右側滑塊質量m2110 g，擋光片寬度d3.00 cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細線連在一起，如圖2所示開始時兩滑塊靜止，燒斷細線后，兩滑塊分別向左、右方向運動擋光片通過光電門的時間分別為t10.32 s，t20.21 s則兩滑塊的速度大小分別為v1_m/s，v2_m/s(保留三位有效數字)燒斷細線前m1v1m2v2_kgm/s，燒斷細線后m1v1m2v2_kgm/s.可得到的結論是_(取向左為速度的正方向)圖2答案0.09380.14302.16104在實驗誤差允許的誤差范圍內，兩滑塊質量與各自速度的乘積之和為不變量解析兩滑塊速度v1m/s0.0938 m/s，v2m/s0.143 m/s，燒斷細線前m1v1m2v20燒斷細線后m1v1m2v2(0.1700.09380.1100.143)kgm/s2.16104kgm/s，在實驗誤差允許的誤差范圍內，m1v1m2v2m1v1m2v23“探究碰撞中的不變量”的實驗中，入射小球m115 g，原來靜止的被碰小球m210 g，由實驗測得它們在碰撞前、后的xt圖象如圖3所示，由圖可知，入射小球碰撞前的m1v1是_，入射小球碰撞后的m1v1是_，被碰小球碰撞后的m2v2是_，由此得出結論_.圖3答案0.015 kgm/s0.007 5 kgm/s0.007 5 kgm/s碰撞中mv的矢量和是守恒量解析由題圖可知碰撞前入射小球m1的速度大小v1 m/s1 m/s，故碰撞前m1v10.0151 kgm/s0.015 kgm/s.碰撞后入射小球m1的速度大小v1 m/s0.5 m/s，被碰小球m2的速度大小v2 m/s0.75 m/s，故m1v10.0150.5 kgm/s0.007 5 kgm/s，m2v20.010.75 kgm/s0.007 5 kgm/s，可知m1v1m1v1m2v2，即碰撞中mv的矢量和是守恒量4如圖4所示，在實驗室用兩端帶豎直擋板c、d的氣墊導軌和帶固定擋板的質量都是m的滑塊a、b做探究碰撞中的不變量的實驗：圖4(1)把兩滑塊a和b緊貼在一起，在a上放質量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住a和b，在a和b的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)(2)按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當a和b與擋板c和d碰撞同時，電子計時器自動停表，記下a運動至c的時間t1，b運動至d的時間t2.(3)重復幾次取t1、t2的平均值請回答以下幾個問題：(1)在調整氣墊導軌時應注意_；(2)應測量的數據還有_；(3)作用前a、b兩滑塊的速度與質量乘積之和為_，作用后a、b兩滑塊的速度與質量乘積之和為_答案(1)用水平儀測量并調試使得氣墊導軌水平(2)a至c的距離l1、b至d的距離l2(3)0(mm)m或m(mm)解析(1)為了保證滑塊a、b作用后做勻速直線運動，必須使氣墊導軌水平，需要用水平儀加以調試(2)要求出a、b兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測出a至c的時間t1和b至d的時間t2，并且要測量出兩滑塊到兩擋板的運動距離l1和l2，再由公式v求出其速度(3)設向左為正方向，根據所測數據求得兩滑塊的速度分別為va，vb.碰前兩滑塊靜止，v0，速度與質量乘積之和為0；碰后兩滑塊的速度與質量乘積之和為(mm)m.若設向右為正方向，同理可得碰后兩滑塊的速度與質量的乘積之和為m(mm).5用如圖5所示的裝置進行以下實驗：圖5a先測出滑塊a、b的質量m、m及滑塊與桌面間的動摩擦因數，查出當地的重力加速度gb用細線將滑塊a、b連接，使a、b間的彈簧壓縮，滑塊b緊靠在桌