普通高中课程标准实验教材物理（选修35）教案、学案设计教案部分161 实验：探究碰撞中的不变量山东泰安英雄山中学 谢龙【教学目标】（一）知识与技能1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法3、掌握实验数据处理的方法（二）过程与方法1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。（三）情感、态度与价值观1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。【教学重点】碰撞中的不变量的探究【教学难点】速度的测量方法、实验数据的处理【教学方法】教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。【教学用具】投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块、打点计时器等【课时安排】1 课时【教学过程】（一）引入新课课件（投影片）演示：（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态（不同号的台球运动状态不同）。（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化例：两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接。师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）（二）进行新课1实验探究的基本思路11 一维碰撞师：我们只研究最简单的情况两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动这种碰撞叫做一维碰撞课件：碰撞演示如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为角如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角=，这说明A、B两球碰后交换了速度；如果mAmB，碰后A、B两球一起向右摆动； 如果mAmB，碰后A球反弹、B球向右摆动师：以上现象可以说明什么问题？结论：以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同12 追寻不变量师：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、规定某一速度方向为正碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：（1）（2）（3）分析：碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量2实验条件的保证、实验数据的测量21 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;22 用天平测量物体的质量；23 测量两个物体在碰撞前后的速度师：测量物体的速度可以有哪些方法？生：讨论。总结：速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件课件：参考案例一光电门测速原理如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t课件：参考案例二一摆球测速原理实验装置如图所示。 把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。 可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。 也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。课件：参考案例三一打点计时器测速原理将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体（如上图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。实验分析：两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况课件：参考案例四一平抛测速原理实验装置如图所示。把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，通过测量桌高和水平位移，可以算出抛出时的初速度。3实验方案一：31 用气垫导轨作碰撞实验（如图所示）实验记录及分析（a-1）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=4m1=4m2=4速度v1=9v2=0=3=6mvmv2v/m实验记录及分析（a-2）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=9v2=0=4.5=9mvmv2v/m实验记录及分析（a-3）碰撞前碰撞后质量m1=2m2=4m1=2m2=4速度v1=6v2=0= -2=4mvmv2v/m实验记录及分析（b）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=0v2=0= 2= - 4mvmv2v/m实验记录及分析（c）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=9v2=0=6= 6mvmv2v/m4实验数据分析及结论：与其他实验小组交流实验数据，你认为碰撞中的“不变量”是什么？（三）典型例题：问题一 实验操作过程例题1：在课本参考案例(二)中，下列说法正确的是( ) A悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 B由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C两小球必须都是钢性球，且质量相同 D两小球碰后可以粘合在一起共同运动 解析 两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确。由于计算碰撞前速度时用到了mgh=mv2/20，即初速度为0，B正确。本实验中对小球的性能无要求，C错误。两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确。 答案 ABD问题二 实验数据的处理例题2：为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相每隔04s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示，已知A、B之间的质量关系是mB=15mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10cm至105cm这段范围内运动，(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出： (1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少?(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积和是不是不变量?解析 由图分析可知(1)碰撞后：VB/=050ms，VA/=075ms 从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1=02s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2=02 s，则碰撞前B物体的速度为vB=10ms，由题意得vA=0。 (2)碰撞前：mAVA十mBvB=15mA， 碰撞后：mAvA/十mBvB/= 15mA，所以mAvA+mBvB=mAvA/+mBvB/，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量。问题三 实验原理及注意事项 例题3： 如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究碰撞中不变量的实验： (1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态。 (2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2。 (3)重复几次取t1，t2的平均值。 请回答以下几个问题： 在调整气垫导轨时应注意 ； 应测量的数据还有 ； 作用前A、B两滑块速度与质量乘积之和为 ，作用后A、B两滑块速度与质量乘积之和为 。 解析 (1)为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要要用水平仪加以调试。 (2)要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度，需测出A至C的时间t1和B至D的时间t2，并且要测量出两滑块到挡板的距离L1和L2，再由公式v=s/t求出其速度。 (3)设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA=L1/t，vB=L2/t。碰前两物体静止，v=0，速度与质量乘积之和为0，碰后两滑块的速度与质量乘积为(M+m)L1/t1-ML2/t2 点评 要求两物体在碰撞前后质量与速度乘积的关系，就要根据不同的仪器直接或间接测量，最后比较在误差范围内其乘积是否相等即可。（四）课堂小结1基本思路（一维碰撞） 与物体运动有关的物理量可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不变的？2需要考虑的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞；物体质量的测量（天平）；碰撞前后物体速度的测量（利用光电门或打点计时器等）。（五）作业：“问题与练习”1、2题教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。学案部分161 实验：探究碰撞中的不变量山东泰安英雄山中学 谢龙【目标引领】1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法3、掌握实验数据处理的方法【自学探究】请同学们阅读教材P2-P5，并思考以下