探究碰撞中的不變量2

實驗：探究碰撞中的不變量教學設計天津市第一百中學李春華【教學目標】一、知識與技能1理解要探究的問題的含義和進行探究的基本思路。2理解由問題轉化為具體的任務的過程，理解教材所提供的實驗方案。3使已有方案和使用過的器材的啟發(fā)能夠設計出新的可行的方案。4能夠比較各方案的優(yōu)劣，能夠控制實驗過程和測量、處理實驗數據。5能夠由實驗數據分析預想的結論是否成立。二、過程與方法1學習在探究中如何進行猜想。2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。3通過實驗過程提高學生的實驗操作能力和分析數據的能力。三、情感態(tài)度與價值觀1體會科學研究過程的艱辛與樂趣，培養(yǎng)學生主動探究、樂于探究的品質。2通過實驗培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，通過設計實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。【教學重點】1實驗方案的理解與設計。2實驗的實施過程?！窘虒W難點】實驗方案的設計；實驗數據的采集與處理?！窘虒W方法】教師啟發(fā)引導，學生討論、交流、合作實驗等。【教學用具】實驗器材：斜槽（帶重錘線），兩個大小相同但質量不相同的小球，天平，刻度尺，白紙，復寫紙；多媒體課件；視頻等?！菊n時安排】2課時，第1課時為明確探究目的、思路，設計實驗方案的過程；第2課時實施實驗過程，驗證預想的結論?！窘虒W過程】一、新課引入教師展示以下視頻片斷或動畫：臺球正碰、斜碰各一個；火車掛鉤過程；粒子加速器中高速運動的粒子撞擊靶核過程。師：剛才大家看到的現(xiàn)象我們稱之為碰撞，碰撞是自然界中常見的現(xiàn)象，本章研究的主要現(xiàn)象就是碰撞。師：下面我們動手做一個碰撞實驗，觀察碰撞前后哪些物理量發(fā)生了變化。演示實驗：幾個單擺小鋼球一樣大，擺長一樣長，豎直懸掛時兩球恰好相切，將單擺A拉開某一個角度后釋放，在最低點與B相碰，以下實驗中開始將A拉開的角度均一樣大。第1次實驗：mA =mB，碰后A靜止，B向右運動；第2次實驗：mA mB，碰后A、B均向右運動；第3次實驗：mA mB，碰后A向左運動，B向右運動。師：實驗中A、B的什么物理量在碰撞前后發(fā)生了變化？這種變化又與什么物理量相關？生討論后得出：A、B的速度大小或方向發(fā)生了變化，這種變化與質量有關。師：剛才的碰撞過程中，會不會有什么物理量不發(fā)生變化呢？本節(jié)課和下節(jié)課我們就對這一問題進行探究。二、新課教學板書：第1節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量板書：一、守恒的猜想師：我們只研究最簡單的情況，即：碰前、碰后兩物體均沿同一直線運動，這種碰撞叫一維碰撞。板書：1一維碰撞：碰前、碰后兩物體的速度均沿同一直線。師：在前面的實驗中我們發(fā)現(xiàn)，物體碰撞前后速度的變化隨質量的不同而不同，那么會不會物體的質量和它的速度組成的一個新的物理量在碰撞中保持不變呢？那么我們先猜一猜這個新的物理量與物體的質量和速度有什么關系？學生猜測：可能是mv，mv2，m2v，等等。師：設這兩個物體的質量分別為m1m2，發(fā)生一維碰撞，碰前速度分別為、，碰后速度分別為、，剛才我們猜想到的這個物理量在此次碰撞中守恒的表達式如何？學生猜測。板書：2兩物體一維碰撞中守恒的可能表達式：等等。師：這些可能的表達式中v為矢量，一維中有兩個方向，如何在以上表達式中體現(xiàn)這兩個方向的不同呢？生：規(guī)定一個正方向，與正方向同向的v為正，與正方向反向的v為負。板書：（規(guī)定一個正方向后，表達式中的v有正、負之分。）板書：二、對猜想的實驗驗證師：質量可用天平測量，關鍵是速度如何測量？過去我們是如何測定速度的呢？生討論后得出：打點計時器，遮光板與光電計時器等。教師組織學生自學教材上的方案三，并播放模擬動畫。教師提出思考題組織學生討論：紙帶上的點跡是如何分布的？如何測出碰撞前后兩車的速度？以mv為例的守恒表達式如何？能否讓B車也有初速度，或者讓A、B碰后分開？這樣做有什么困難？板書：實驗方案1：打點計時器結合小車，用打點計時器測速度。教師組織學生自學教材上的方案一，并播放模擬動畫。教師提出思考題組織學生討論：遮光板的寬度為d，遮光時間為，則滑塊速度為多大？若是甲圖情境，以mv表達的守恒表達式如何？若是乙圖情境，且開始時右邊滑塊靜止，碰后兩滑塊均向右運動，以mv表達的守恒表達式如何？若開始時兩滑塊相向運動，碰后均向右運動，以mv表達的守恒表達式如何？若是丙圖情境，且開始時右邊滑塊靜止，以mv表達的守恒表達式如何？板書：實驗方案2：氣墊導軌結合光電計時器，用光電計時器測速度。師：以上兩種方法都是直接測速度，各有優(yōu)缺點，方案1器材簡單，但準確率低，而且情境單一；方案2器材復雜，但準確率高且情境多樣。師：速度除了可以直接測得以外，還可以間接求得。教師組織學生自學教材上的方案二。教師提出思考題組織學生討論：若已知擺長和最大偏角，如何求小球在最低點的速度？若開始時左球從角開始擺下，碰后左球向右擺起的最大角度為，右球向右擺起的最大角度為，測得左球質量為，右球質量為，擺長為，則以mv表達的守恒表達式如何？若開始時左球從角開始擺下，碰后左球與右球粘在一起向右擺起的最大角度為，以mv表達的守恒表達式又如何？板書：實驗方案3：兩單擺小球碰撞，用機械能守恒定律計算速度。師：這個方案的最大缺點是擺起的最大角度不好測量。師：能不能再設計出一種間接測速度的方案，但不是測角度，而是測距離，以提高準確性？教師不要急于給出答案，引導學生充分討論，使學生的知識遷移能力、創(chuàng)新能力甚至想象力充分施展，最后挑選出最合理可行的方案：利用平拋的水平位移和飛行時間計算初速度。板書：實驗方案4：利用平拋的水平位移和飛行時間計算速度。教師利用投影給出實驗裝置圖，并提出思考題組織學生討論：一斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端水平，槽口在水平地面上的投影點為O，若小球A從斜槽上的P點由靜止開始滾下，經槽口后做平拋運動，在地面上的落點為P；現(xiàn)在在槽口前的水平部分安放一個與A球等大但質量較小的小球B，讓A球仍從斜槽上的P點由靜止開始滾下，A、B相碰后均經槽口后做平拋運動，A球在水平面上的落點為M，B球在水平面上的落點為N，若已知A、B兩球的質量分別為、，則碰撞中以mv表達的守恒表達式如