高中物理 第十六章 4碰撞教案 新人教版选修3-5
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《动量和动量定理》教学设计一、教材分析《动量和动量定理》是人教版高中物理选修3-5十六章第二节的内容。
从教材编排上看,它是牛顿运动定律及动能定理之后,在动量守恒定律之前。
因此不仅是对牛顿第二定律等知识的巩固运用,同时也为后面学习动量守恒定律打下了坚实的基础。
从教材内容上看,《动量和动量定理》是牛顿第二定律的进一步展开。
它侧重于力在时间上的累积效果,为解决力学问题开辟了新的途径,尤其是打击和碰撞类的问题。
所以动量定理知识与人们的日常生活,生产技术和科学研究有着密切的关系,因此学习这部分知识有着重要意义。
二、学习情况分析在高一时,学生已经掌握了牛顿第二定律,又在上一节的学习中初步接触了碰撞中的守恒量,这些知识为本节课的学习奠定了基础。
此外,经过前面的学习,学生已经建立起一定的实验观察能力、抽象思维能力和探究学习能力,而且还掌握了通过建立物理模型探究物理现象的方法。
这也是本节所要强调的、学习和研究动量定理的方法。
由于学生具有这样的知识基础、能力水平和物理思维与方法,再加上他们对未知新事物有较强的探究欲望,所以要掌握动量定理是完全能够实现的。
三、设计思想本节课以教师为主导、学生为主体,运用“建立情境→引导→探究”模式进行教学。
通过生活实例引入课题,激发学生的兴趣。
通过创设物理情境、建立物理模型归纳得出动量定理,并对其进行理解。
运用动量定理解释日常生活中的物理现象,培养学生理论联系实际的能力。
在课堂上鼓励学生主动参与、主动探究、主动思考、主动实践,在教师合理、有效的引导下进行学习,充分体现探究的过程与实现对学生探究能力培养的过程。
四、教学目标知识与技能(1)理解和掌握动量的概念,并能正确计算物体动量的变化。
(2)理解和掌握冲量的概念,强调冲凉的矢量性。
(3)理解动量定理的确切含义,知道动量定理适用于变力。
(4)会用动量定理解释有关生活现象和计算有关的问题。
过程与方法(1)通过对动量定理的探究过程,尝试用科学探究的方法研究物理问题,认识建立物理模型在物理学研究中的意义。
第4课碰撞备课堂教学目标:(一)知识与技能1.会用动量守恒定律处理碰撞问题。
2.掌握弹性碰撞和非弹性碰撞的区别。
3.知道对心碰撞和非对心碰撞的区别。
4.知道什么是散射。
5.会用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题.(二)过程与方法1、通过探究一维弹性碰撞的特点,体验科学探究的过程(由简单到复杂),掌握科学探究的方法(理论和实验相结合)。
2、理解从研究宏观碰撞到微观碰撞的引申思路,体验这种引申的重大意义,并进一步感受动量守恒定律的普适性。
(三)情感态度与价值观知道散射和中子的发现过程,体会理论对实践的指导作用,进一步了解动量守恒定律的普适性.重点:碰撞类问题的处理思想以及一维弹性碰撞的定量分析。
用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。
难点:通过定性研究二维弹性碰撞,理解从研究宏观碰撞到微观碰撞的引申思路。
教学方法:讲练法、举例法、阅读法教学用具:投影仪、投影片讲法速递(一)引入新课:观看丁俊晖打斯诺克的视频,讨论回答斯诺克在碰撞中有些在一条直线上,有些不在一条直线上的原因。
板书:第4节碰撞(二)进行新课:预习检查: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.判断正误:1.发生碰撞的两个物体,动量是守恒的.(√) 2.发生碰撞的两个物体,机械能是守恒的.(×)3.碰撞后,两个物体粘在一起,动量是守恒的,但机械能损失是最大的.(√) 思考:两小球发生对心碰撞,碰撞过程中,两球的机械能守恒吗?【提示】 两球发生对心碰撞,动量是守恒的,但机械能不一定守恒,只有发生弹性碰撞时,机械能才守恒.预习检查: 1.弹性碰撞特例(1)两质量分别为m 1、m 2的小球发生弹性正碰,v 1≠0,v 2=0,则碰后两球速度分别为v 1′=m 1-m 2m 1+m 2v 1,v 2′=2m 1m 1+m 2v 1.(2)若m 1=m 2的两球发生弹性正碰,v 1≠0,v 2=0,则v ′1=0,v ′2=v 1,即两者碰后交换速度. (3)若m 1≪m 2,v 1≠0,v 2=0,则二者弹性正碰后,v 1′=-v 1,v 2′=0.表明m 1被反向以原速率弹回,而m 2仍静止.(4)若m 1≫m 2,v 1≠0,v 2=0,则二者弹性正碰后,v ′1=v 1,v ′2=2v 1.表明m 1的速度不变,m 2以2v 1的速度被撞出去.2.散射 (1)定义微观粒子相互接近时并不发生直接接触,因此微观粒子的碰撞又叫做散射. (2)散射方向由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小,所以多数粒子在碰撞后飞向四面八方. 判断正误:1.与静止的小球发生弹性碰撞时,入射小球碰后的速度不可能大于其入射速度.(√) 2.两球发生弹性正碰时,两者碰后交换速度.(×)3.微观粒子发生散射时,并不是微观粒子直接接触碰撞.(√)思考:1.如图所示,光滑水平面上并排静止着小球2、3、4,小球1以速度v 0射来,已知四个小球完全相同,小球间发生弹性碰撞,则碰撞后各小球的运动情况如何?【提示】 小球1与小球2碰撞后交换速度,小球2与小球3碰撞后交换速度,小球3与小球4碰撞后交换速度,最终小球1、2、3静止,小球4以速度v 0运动.2.微观粒子能否碰撞?动量守恒定律适用于微观粒子吗?【提示】 宏观物体碰撞时一般相互接触,微观粒子碰撞时不一定接触,但只要符合碰撞的特点,就可认为是发生了碰撞,可以用动量守恒的规律分析求解.弹性碰撞的规律推导:质量为m 1的物体,以速度v 1与原来静止的物体m 2发生完全弹性碰撞,设碰撞后它们的速度分别为v ′1和v ′2,碰撞前后的速度方向均在同一直线上。
4碰撞[目标定位] 1.理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞,正碰(对心碰撞)和斜碰(非对心碰撞).2.会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题.3.知道散射和中子的发觉过程,体会理论对实践的指导作用,进一步了解动量守恒定律的普适性.一、弹性碰撞和非弹性碰撞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.二、对心碰撞和非对心碰撞1.正碰:(对心碰撞)两个球发生碰撞,假如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,假如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都会偏离原来两球心的连线而运动.想一想质量相等的两个物体发生正碰时,肯定交换速度吗?答案不肯定.只有质量相等的两个物体发生弹性正碰时,同时满足动量守恒和机械能守恒的状况下,两物体才会交换速度.三、散射1.定义:微观粒子碰撞时,微观粒子相互接近时并不像宏观物体那样“接触”而发生的碰撞.2.散射方向:由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小,所以多数粒子碰撞后飞向四周八方.一、对碰撞问题的理解1.碰撞(1)碰撞时间格外短,可以忽视不计.(2)碰撞过程中内力往往远大于外力,系统所受外力可以忽视不计,所以系统的动量守恒.2.三种碰撞类型(1)弹性碰撞动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′机械能守恒:12m1v21+12m2v22=12m1v1′2+12m2v2′2当v2=0时,有v1′=m1-m2m1+m2v1,v2′=2m1m1+m2v1即v1′=0,v2′=v1推论:质量相等,大小、材料完全相同的弹性小球发生弹性碰撞,碰后交换速度.即v1′=v2,v2′=v1 (2)非弹性碰撞动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′机械能削减,损失的机械能转化为内能|ΔE k|=E k初-E k末=Q(3)完全非弹性碰撞动量守恒:m1v1+m2v2=(m1+m2)v共碰撞中机械能损失最多|ΔE k|=12m1v21+12m2v22-12(m1+m2)v2共例1质量分别为300 g和200 g的两个物体在无摩擦的水平面上相向运动,速度分别为50 cm/s和100 cm/s.(1)假如两物体碰撞并粘合在一起,求它们共同的速度大小;(2)求碰撞后损失的动能;(3)假如碰撞是弹性碰撞,求两物体碰撞后的速度大小.答案(1)0.1 m/s(2)0.135 J(3)0.7 m/s0.8 m/s解析(1)令v1=50 cm/s=0.5 m/s,v2=-100 cm/s=-1 m/s,设两物体碰撞后粘合在一起的共同速度为v,由动量守恒定律得m1v1+m2v2=(m1+m2)v,代入数据解得v=-0.1 m/s,负号表示方向与v1的方向相反.(2)碰撞后两物体损失的动能为ΔE k =12m 1v 21+12m 2v 22-12(m 1+m 2)v 2=[12×0.3×0.52+12×0.2×(-1)2-12×(0.3+0.2)×(-0.1)2] J =0.135 J. (3)假如碰撞是弹性碰撞,设碰后两物体的速度分别为v 1′、v 2′,由动量守恒定律得m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′, 由机械能守恒定律得12m 1v 21+12m 2v 22=12m 1v 1′2+ 12m 2v 2′2,代入数据得v 1′=-0.7 m/s ,v 2′=0.8 m/s. 二、弹性正碰模型及拓展应用1.两质量分别为m 1、m 2的小球发生弹性正碰,v 1≠0,v 2=0,则碰后两球速度分别为v 1′=m 1-m 2m 1+m 2v 1,v 2′=2m 1m 1+m 2v 1.(1)若m 1=m 2的两球发生弹性正碰,v 1≠0,v 2=0,则碰后v 1′=0,v 2′=v 1,即二者碰后交换速度. (2)若m 1≫m 2,v 1≠0,v 2=0,则二者弹性正碰后, v 1′=v 1,v 2′=2v 1.表明m 1的速度不变,m 2以2v 1的速度被撞出去.(3)若m 1≪m 2,v 1≠0,v 2=0,则二者弹性正碰后,v 1′=-v 1,v 2′=0.表明m 1被反向以原速率弹回,而m 2仍静止.2.假如两个相互作用的物体,满足动量守恒的条件,且相互作用过程初、末状态的总机械能不变,广义上也可以看成是弹性碰撞.例2 如图16-4-1所示,ABC 为一固定在竖直平面内的光滑轨道,BC 段水平,AB 段与BC 段平滑连接,质量为m 1的小球从高为h 处由静止开头沿轨道下滑,与静止在轨道BC 段上质量为m 2的小球发生碰撞,碰撞后两球的运动方向处于同一水平线上,且在碰撞过程中无机械能损失.求碰撞后小球m 2的速度大小v 2.图16-4-1 答案2m 12ghm 1+m 2解析 设m 1碰撞前的速度为v 10,依据机械能守恒定律有m 1gh =12m 1v 210 解得v 10=2gh ①设碰撞后m 1与m 2的速度分别为v 1和v 2,依据动量守恒定律有m 1v 10=m 1v 1+m 2v 2②由于碰撞过程中无机械能损失 12m 1v 210=12m 1v 21+12m 2v 22③ 联立②③式解得v 2=2m 1v 10m 1+m 2④将①代入④得v 2=2m 12ghm 1+m 2借题发挥 对于物理过程较简单的问题,应留意将简单过程分解为若干简洁的过程(或阶段),推断在哪个过程中系统动量守恒,哪一个过程机械能守恒或不守恒,但能量守恒定律却对每一过程都适用. 例3图16-4-2如图16-4-2所示,在光滑水平面上停放质量为m 装有弧形槽的小车.现有一质量也为m 的小球以v 0的水平速度沿切线水平的槽口向小车滑去(不计摩擦),到达某一高度后,小球又返回小车右端,则( )A .小球在小车上到达最高点时的速度大小为v 02B .小球离车后,对地将向右做平抛运动C .小球离车后,对地将做自由落体运动D .此过程中小球对车做的功为12m v 2答案 ACD解析 小球到达最高点时,小车和小球相对静止,且水平方向总动量守恒,小球离开车时类似完全弹性碰撞,两者速度完成互换,故选项A 、C 、D 都是正确的. 三、碰撞需满足的三个条件1.动量守恒,即p 1+p 2=p 1′+p 2′.2.动能不增加,即E k1+E k2≥E k1′+E k2′或p 212m 1+p 222m 2≥p 1′22m 1+p 2′22m 2.3.速度要符合情景:碰撞后,原来在前面的物体的速度肯定增大,且原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度,即v 前′≥v 后′,否则碰撞不会结束.。
江西省宜春市宜春中学高中物理 第16章 动量守恒定律导学案3 新人教版选修3-5知识要点:1. 掌握运用动量守恒定律的一般步骤2. 知道运用动量守恒定律解决临界问题,3. 并能分析物理过程,确定临界状态,挖掘隐含条件。
【预习导航 】1. 如图所示,与轻弹簧相连的物体A 停放在光滑的水平面上。
物体B 沿水平方向向右运动,跟与A 相连的轻弹簧相碰。
在B 跟弹簧相碰后,对于A 、B 和轻弹簧组成的系统,下列说法中正确的是( ) A .弹簧压缩量最大时,A 、B 的速度相同 B .弹簧压缩量最大时,A 、B 的动能之和最小C .弹簧被压缩的过程中系统的总动量不断减小D .物体A 的速度最大时,弹簧的弹性势能为零2.如图所示,质量m 1=0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上,车长L=1.5 m,现有质量m 2=0.2 kg 可视为质点的物块,以水平向右的速度v 0=2 m/s 从左端滑上小车,最后在车面上某处与小车保持相对静止。
物块与车面间的动摩擦因数 =0.5,取g=10 m/s 2,求(1)物块在车面上滑行的时间t;(2)要使物块不从小车右端滑出,物块滑上小车左端的速度v ′不超过多少。
【自主学习 】1.如图所示,将两条磁性很强且完全相同的磁铁分别固定在质量相等的小车上,水平面光滑,开始时甲车速度大小为3m/s,乙车速度大小为2 m/s ,相向运动并在同一条直线上,当乙车的速度为零时,甲车的速度是多少?若两车不相碰,试求出两车距离最短时,乙车速度为多少?2. 如图所示,两个质量都为M 的木块A 、B 用轻质弹簧相连放在光滑的水平地面上,一颗质量为m 的子弹以速度v 射向A 块并嵌在其中,求弹簧被压缩后的最大弹性势能。
【合作探究 】1.甲乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏,甲和他乘的冰车质量共为M =30 kg ,乙和他乘的冰车质量也是30 kg (图5-2-14).游戏时,甲推着一个质量为m =15 kg 的箱子,和他一起以大小为v 0=2.0 m/s 的速度滑行.乙以同样大小的速度迎面滑来,为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推给乙,箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住.若不计冰面的摩擦力,求甲至少要以多大的速度(相对于地面)将箱子推出,才能避免与乙相撞?2. 如图在光滑的水平台上静止着一块长50厘米,质量为1千克的木板,板的左端静止着一块质量为1千克的小铜块(可视为质点),一颗质量为10克的子弹以200米/秒的速度射向铜块,碰后以100米/秒速度弹回。
高中物理碰撞教案1. 了解碰撞的概念和分类;2. 掌握碰撞的动量守恒定律和能量守恒定律;3. 能够应用碰撞定律解决实际问题。
教学重点和难点:重点:碰撞的概念和分类,碰撞的动量守恒定律和能量守恒定律;难点:在实际问题中应用碰撞定律解决问题。
教学过程:一、导入新知识(5分钟)教师展示一个碰撞的视频,引导学生思考碰撞是什么,碰撞有哪些种类。
二、讲解碰撞的概念和分类(10分钟)1. 碰撞是指两个或两个以上的物体在一定的时间内发生的相互作用。
2. 根据碰撞前后物体之间的作用力,可以将碰撞分为完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和部分弹性碰撞。
三、讲解碰撞的动量守恒定律(15分钟)1. 动量守恒定律:在没有外力作用的条件下,系统总动量守恒,即碰撞前后系统的总动量保持不变。
2. 利用动量守恒定律可以解决一些碰撞问题。
四、讲解碰撞的能量守恒定律(15分钟)1. 能量守恒定律:在没有外力做功的条件下,系统的总机械能守恒,即碰撞前后系统的总机械能保持不变。
2. 利用能量守恒定律可以解决一些碰撞问题。
五、解决实例问题(15分钟)教师出示几个碰撞问题,让学生尝试应用碰撞定律解决。
六、总结归纳(5分钟)1. 确认学生是否掌握了碰撞的概念和分类;2. 让学生总结碰撞的动量守恒定律和能量守恒定律的应用方法。
作业布置:1. 完成课堂练习题;2. 阅读教材相关章节,做好笔记。
教学反思:本节课教学目标达成良好,学生对碰撞的概念和分类有了基本的了解,对碰撞定律的应用也有一定的掌握。
在以后的教学中,可以通过更多的实例让学生加深对碰撞定律的理解,进一步提高学生的应用能力。
16.4碰撞1.关于碰撞,以下说法正确的选项是( )A.非弹性碰撞的能量不守恒B.在弹性碰撞中没有动能的损失C.当两个物体的质量相等时,发生碰撞的两物体速度互换D.非对心碰撞的动量一定不守恒【解析】选B。
任何碰撞的能量都守恒,在弹性碰撞中没有动能的损失,故A错误,B正确;由动量守恒和能量守恒可得,当两个物体的质量相等时,发生弹性碰撞的两物体才可能互换速度,故C错误;不在一条直线上的碰撞,动量也守恒,故D错误。
2.(2022·汕头高二检测)如下图,在光滑水平面上,用等大反向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,m A<m B,经过相同的时间后同时撤去两力,以后两物体相碰并粘为一体,那么粘合体最终将( )A.静止B.向右运动C.向左运动D.无法确定【解析】选A。
选取A、B两个物体组成的系统为研究对象,整个运动过程中,系统所受的合外力为零,系统动量守恒,初始时刻系统静止,总动量为零,最后粘合体的动量也为零,即粘合体静止,选项A正确。
3.(多项选择)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,以下现象可能的是( )A.假设两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开B.假设两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行C.假设两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开D.假设两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行【解析】选A、D。
光滑水平面上两球的对心碰撞符合动量守恒的条件,因此碰撞前、后两球组成的系统总动量守恒。
A项,碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,动量守恒,所以A项是可能的。
B项,假设碰撞后两球以某一相等速率同向而行,那么两球的总动量不为零,而碰撞前为零,所以B项不可能。
C项,碰撞前、后系统的总动量的方向不同,不遵守动量守恒定律,C 项不可能。
D项,碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,D项是可能的。
4.在光滑的水平面上有a、b两球,其质量分别为m a、m b,两球在t0时刻发生正碰,两球在碰撞前后的速度图像如下图。
第1节实验:探究碰撞中的不变量一、实验目的1.明确探究物体碰撞中的不变量的根本思路.2.探究一维碰撞中的不变量.二、实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′ ,找出碰撞前的动量p =m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′ ,看碰撞前后动量是否守恒.[实验方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验[实验器材]气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等.图16-1-1[实验步骤]1.测质量:用天平测出滑块质量.2.安装:正确安装好气垫导轨 .3.实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小和方向) .4.验证:一维碰撞中的动量守恒.[数据处理]1.滑块速度的测量:v=ΔxΔt,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量) ,Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间.2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′[实验方案二]利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验[实验器材]带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等.[实验步骤]1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2 .2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 .3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰.图16-1-24.测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度.5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验.6.验证:一维碰撞中的动量守恒.[数据处理]1.摆球速度的测量:v=2gh,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出) .2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′[实验方案三]在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验[实验器材]光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥.图16-1-3[实验步骤]1.测质量:用天平测出两小车的质量.2.安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 .3.实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动.4.测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=ΔxΔt算出速度.5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验. 6.验证:一维碰撞中的动量守恒.[数据处理]1.小车速度的测量:v=ΔxΔt,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δt为小车经过Δx的时间,可由打点间隔算出.2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′[实验方案四]利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律[实验器材]斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等 .图16-1-4[实验步骤]1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.2.安装:按照图16-1-4所示安装实验装置.调整固定斜槽使斜槽底端水平 .3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O .4.放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面 .圆心P就是小球落点的平均位置.5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次.用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M 和被撞小球落点的平均位置N .如图16-1-5所示.图16-1-56.验证:连接ON ,测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中 .最||后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON ,看在误差允许的范围内是否成立.7.结束:整理好实验器材放回原处.[数据处理]验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON三、本卷须知1.前提条件:碰撞的两物体应保证 "水平〞和 "正碰〞 .2.方案提醒(1)假设利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平 .(2)假设利用摆球进行验证 ,两摆球静止时球心应在同一水平线上 ,且刚好接触 ,摆线竖直 ,将摆球拉起后 ,两摆线应在同一竖直面内 .(3)假设利用两小车相碰进行验证 ,要注意平衡摩擦力 .(4)假设利用平抛运动规律进行验证 ,安装实验装置时 ,应注意调整斜槽 ,使斜槽末端水平 ,且选质量较大的小球为入射小球 .四、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求 .(1)碰撞是否为一维 .(2)实验是否满足动量守恒的条件 ,如气垫导轨是否水平 ,两球是否等大 ,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力 .2.偶然误差:主要来源于质量m 和速度v 的测量 .[例1] 利用如图16-1-6所示的实验装置 ,可探究碰撞中的不变量 ,由于小球的下落高度是定值 ,所以 ,小球落在地面上的水平位移就代表了平抛运动时水平初速度的大小 ,这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示 .图16-1-6(1)(多项选择)为了尽量准确找到碰撞中的不变量 ,以下要求正确的选项是________ .A .入射小球的半径应该大于被碰小球的半径B .入射小球的半径应该等于被碰小球的半径C .入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下D .斜槽末端必须是水平的(2)(多项选择)关于小球的落点 ,以下说法正确的选项是________ .A .如果小球每次从斜槽的同一位置由静止滑下 ,重复几次的落点一定是完全重合的B .由于偶然因素存在 ,重复操作时小球的落点不会完全重合 ,但是落点应当比较密集C .测定落点P 的位置时 ,如果几次落点的位置分别为P 1、P 2、…P n ,那么落点的平均位置OP =OP 1+OP 2+…+OP n nD .尽可能用最||小的圆把各个落点圈住 ,这个圆的圆心位置就是小球落点的平均位置[解析] (1)只有两个小球的半径相等 ,才能保证碰后小球做平抛运动 ,所以A 错误 ,B 正确;入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下 ,才能使得小球平抛运动的落点在同一位置,所以C正确;斜槽末端必须水平也是保证小球碰后做平抛运动的必要条件,所以D 正确 .(2)为了提高实验的准确性,需要重复屡次,找到小球平抛落地的平均位置,只有这样,才能有效减小偶然误差,因此B、D选项正确.[答案](1)BCD(2)BD[例2]如图16-1-7所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz .开始时两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用绳子连接,绳子烧断后,两个滑块向相反方向运动.滑块A、B的质量分别为200 g、300 g ,根据照片记录的信息,A、B离开弹簧后,A滑块做________运动,其速度大小为________m/s ,本实验中得出的结论是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________ .图16-1-7[思路点拨][解析]由题图可知,A、B离开弹簧后,均做匀速直线运动,开始时v A=0 ,v B=0 ,A、B被弹开后,v A′=0.09 m/s ,v B′=0.06 m/s ,m A v A′×0.09 kg·m/s=0.018 kg·m/sm B v B′×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s由此可得:m A v A′=m B v B′ ,即0=m B v B′-m A v A′结论是:两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒 .[答案]匀速直线0.09两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒[例3]把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来,中间夹一被压缩的轻弹簧,置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上,如图16-1-8所示.现烧断细线,观察两球的运动情况,进行必要的测量,探究物体间发生相互作用时的不变量.图16-1-8测量过程中:(1)还必须添加的器材有_____________________________________________ .(2)需直接测量的数据是_________________________________________________ .(3)需要验算的表达式如何表示? ____________________________________ .[解析]本实验是在 "探究物体间发生相互作用时的不变量〞时,为了确定物体速度的方法进行的迁移.两球弹开后,分别以不同的速度离开桌面做平抛运动,两球做平抛运动的时间相等,均为t=2hg(h为桌面离地的高度) .根据平抛运动规律,由两球落地点距抛出点的水平距离x=v t知,两球水平速度之比等于它们的射程之比,即v1∶v2=x1∶x2 ,所以本实验中只需测量x1、x2即可,测量x1、x2时需准确记下两球落地点的位置,故需要刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板等.假设要探究m1x1=m2x2或者m1x21=m2x22或者x1m1=x2m2…是否成立,还需用天平测量两球的质量m1、m2 .[答案](1)刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平(2)两球的质量m1、m2 ,两球碰后的水平射程x1、x2(3)m1x1=m2x21.(多项选择)在用打点计时器做 "探究碰撞中的不变量〞实验时,以下哪些操作是正确的()A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后粘在一起C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源解析:选BC车的质量可以用天平测量,没有必要一个用钉子而另一个用橡皮泥配重.这样做的目的是为了碰撞后两车粘在一起有共同速度,选项B正确;打点计时器的使用原那么是先接通电源,C项正确 .2.(多项选择)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量的实验中,哪些因素可导致实验误差()A.导轨安放不水平B.小车上挡光板倾斜C.两小车质量不相等D.两小车碰后连在一起解析:选AB导轨不水平,小车速度将会受重力影响,A项可导致实验误差;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移,导致速度计算出现误差,B项可导致实验误差.3.(多项选择)在做 "探究碰撞中的不变量〞实验时,必须测量的物理量是()A.入射小球和被碰小球的质量B.入射小球和被碰小球的半径C.入射小球从静止释放时的起始高度D.斜槽轨道的末端到地面的高度E.不放被碰小球时,入射小球飞出的水平射程F.入射小球和被碰小球碰撞后飞出的水平射程解析:选AEF从同一高度做平抛运动,飞行时间t相同,所以需要测出的量有:未碰时入射小球的水平射程,碰后入射小球的水平射程,碰后被碰小球的水平射程,及两球质量的大小.4.如图16-1-9所示,某同学利用两个半径相同的小球及斜槽探究碰撞中的不变量,主要步骤如下:图16-1-9(1)用天平测出两个小球的质量m1=32.6 g、m2=20.9 g .记下斜槽末端在水平面上的投影O .(2)不放置被碰小球,让入射小球m1从某位置由静止释放,记下m1的落地点P .(3)把被碰小球m2置于斜槽末端,如下列图,让小球m1从斜槽上同一位置由静止释放,记下小球m1、m2的落地点M、N .(4)把被碰小球m2的左面粘上一小块胶布,然后重复步骤(3) .(5)测量各自的水平射程,记录在下表中.OP OM ON不粘胶布时56.0 cm 12.5 cm 67.8 cm粘胶布时56.0 cm 20.4 cm 55.3 cm关于碰撞中的不变量,该同学有以下猜想A.v1=v1′+v2′B.m1v1=m1v1′+m2v2′C.12m 1v 21=12m 1v 1′2+12m 2v 2′2 其中v 1指不放置m 2时入射小球做平抛运动的初速度 ,v 1′、v 2′指放置被碰小球时m 1、m 2做平抛运动的初速度 .由实验数据经计算分析 ,判断哪一种猜想正确________(填选项前的序号) .解析:根据题中所给两小球的质量和题表中的数据 ,经过计算可知m 1v 1=m 1v 1′+m 2v 2′ ,选项B 正确 .答案:B5.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验:在小车甲的前端粘有橡皮泥 ,推动小车甲使之做匀速直线运动 .然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体 ,而后两车继续做匀速直线运动 ,他设计的具体装置如图16-1-10所示 .在小车甲后连着纸带 ,打点计时器打点频率为50 Hz ,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 .图16-1-10(1)假设已得到打点纸带如图16-1-11所示 ,并测得各计数点间距并标在图上 ,A 为运动起始的第|一点 ,那么应选________段计算小车甲的碰前速度 ,应选________段来计算小车甲和乙碰后的共同速度(以上两空选填 "AB 〞 "BC 〞 "CD 〞或 "DE 〞) .图16-1-11(2)已测得小车甲的质量m 甲=0.40 kg ,小车乙的质量m 乙=0.20 kg ,由以上测量结果可得:碰前m 甲v 甲+m 乙v 乙=________________kg·m/s ;碰后m 甲v 甲′+m 乙v 乙′=________kg·m/s .(3)通过计算得出的结论是什么 ?解析:(1)观察打点计时器打出的纸带 ,点迹均匀的阶段BC 应为小车甲与乙碰前的阶段 ,CD 段点迹不均匀 ,故CD 应为碰撞阶段 ,甲、乙碰撞后一起匀速直线运动 ,打出间距均匀的点 ,故应选DE 段计算碰后共同的速度 .(2)v 甲=BC Δt =1.05 m/s ,v ′=DE Δt=0.695 m/s m 甲v 甲+m 乙v 乙=0.420 kg·m/s碰后m 甲v 甲′+m 乙v 乙′=(m 甲+m 乙)v ′×0.695 kg·m/s =0.417 kg·m/s .(3)在误差允许范围内 ,碰撞前后两个小车的m v 之和是相等的 .答案:(1)BC DE(3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的m v之和是相等的6. "探究碰撞中的不变量〞的实验中,入射小球m1=15 g ,原来静止的被碰小球m2=10 g ,由实验测得它们在碰撞前后的x-t图像如图16-1-12所示,由图可知,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________ .由此得出结论________ .图16-1-12解析:由图可知碰撞前m1的速度大小v1=,0.2) m/s=1 m/s ,故碰撞前的m1v1×1 kg·m/s=0.015 kg·m/s .碰撞后m1速度大小v1′=,0.4-0.2) m/s=0.5 m/s ,m2的速度大小v2′=,0.4-0.2) m/s=0.75 m/s ,故m1v1′×0.5 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s ,m2v2′×0.75 kg·m/s=0.007 5 kg·m/s ,可知m1v1=m1v1′+m2v2′ .答案:0.015 kg·m/s0.007 5 kg·m/s0.007 5 kg·m/s碰撞中m v的矢量和是守恒的量7.如图16-1-13所示为用气垫导轨实验探究碰撞中的不变量的实验装置,遮光片D在运动过程中的遮光时间Δt被光电计时器自动记录下来.在某次实验中,滑块1和滑块2质量分别为m1=0.240 kg、m2=0.220 kg ,滑块1运动起来,向着静止在导轨上的滑块2撞去,碰撞之前滑块1的挡光片经过光电门时,光电计时器自动记录下来的时间Δt=110.7 ms .碰撞之后,滑块1和滑块2粘连在一起,挡光片通过光电门的时间Δt′=214.3 ms ,两滑块上的挡光板的宽度都是Δx=3 cm ,问:图16-1-13(1)碰撞前后两滑块各自的质量与速度乘积之和相等吗,即m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′成立吗?(2)碰撞前后两滑块各自的质量与速度平方乘积之和相等吗,即m1v21+m2v22=m1v1′2+m2v2′2成立吗?解析:(1)因为滑块遮光片的宽度是Δx ,遮光片通过光电门的时间是Δt ,所以滑块速度可用公式v=ΔxΔt求出.碰撞之前,滑块1的速度v1=ΔxΔt=3×10-2×10-3m/s=0.271 m/s碰撞之前,滑块2静止,所以v2=0 碰撞之后,两滑块粘连在一起v1′=v2′=ΔxΔt′=3×10-2×10-3m/s=0.140 m/sm1v1+m2v2×0.271 kg·m/s=0.065 kg·m/sm1v1′+m2v2′=(0.240+0.220)×0.140 kg·m/s =0.064 kg·m/s所以,在误差允许范围内,m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′成立.(2)碰撞之前:m1v21+m2v22×2 J=0.018 J碰撞之后:m1v1′2+m2v2′2=(0.240+0.220)×2 J=0.009 J可见m1v21+m2v22>m1v1′2+m2v2′2 .答案:(1)成立(2)不成立。
实验:探究碰撞中的不变量一、教材分析?实验:探究碰撞中的不变量?是人教版普通高中课程标准实验教科书?物理?选修3-5第十六章?动量守恒定律?的第一节内容。
本节教材首先通过消费、生活中的大量实例引出碰撞现象,确定了研究主题。
接着教材提出问题并进展猜测,同时为了验证猜测又提供了多种实验方案,最后由学生亲自动手解决问题。
可见,教材编写者力图通过本节课程让学生经历一次完好的探究自然规律的过程。
与以往的教材不同,新课程并没有采用由牛顿定律演绎的方法引入动量,而更加重视让学生经历科学研究过程,体验研究手段,养成研究精神和意识的过程,以此浸透给学生鲜活的思想而非呆板的公式。
二、教学目的动量守恒定律是自然界的根本守恒定律之一,根据课标要求、教材内容以及学生情况,制定本课教学的三维目的如下:1、知识与技能(1)知道碰撞的不同类型(2)知道一维碰撞的操作方法(3)会测量物体的质量和物体碰撞前后的速度2、过程与方法(1)猜测两个物体碰撞前后可能不变的物理量并设计比拟完好的实验方案(2)通过实验记录并分析数据,得出实验结论。
3、情感、态度与价值观(1)通过对实验方案的设计,养成积极主动考虑问题的习惯,并锻炼考虑的全面性、准确性与逻辑性;(2)通过对实验数据的记录与处理,培养实事求是的科学态度,灵敏地运用科学方法来研究问题,解决问题,进步创新意识;(3)通过科学探究培养学生的对科学的兴趣和热情,体验到探究自然规律的艰辛与喜悦;培养学生主动与别人合作的精神。
三、教学重、难点重点:碰撞中不变量的科学探究难点:设计可行性较强的实验方案四、教学方法1、本节课总体上采用导学—探究式的教学方法。
首先由老师的演示实验作为开始,引导学生对观察到的实验现象提出要研究的问题,并进展猜测,进而继续引导学生提出不同的验证方法,并按选定好的实验方案搜集数据、得出结论。
2、在设计实验方案之前,先就实验研究的对象、条件的控制和数值的测定等方面进展引导、启发式的提问,完善实验方案;在学生完成实验方案之后,再引导学生对设计方案进展评价,对实验误差进展分析,得出较合理的结论。
碰撞★新课标要求(一)知识与技能1.认识弹性碰撞与非弹性碰撞,认识对心碰撞与非对心碰撞2.了解微粒的散射(二)过程与方法通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否,体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。
(三)情感、态度与价值观感受不同碰撞的区别,培养学生勇于探索的精神。
★教学重点用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题★教学难点对各种碰撞问题的理解.★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流。
★教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程(一)引入新课碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程,因而碰撞具有如下特点:1.碰撞过程中动量守恒.提问:守恒的原因是什么?(因相互作用时间短暂,因此一般满足F内>>F外的条件)2.碰撞过程中,物体没有宏观的位移,但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变.3.碰撞过程中,系统的总动能只能不变或减少,不可能增加.提问:碰撞中,总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)熟练掌握碰撞的特点,并解决实际的物理问题,是学习动量守恒定律的基本要求.(二)进行新课1.展示投影片1,内容如下:如图所示,质量为M 的重锤自h 高度由静止开始下落,砸到质量为m 的木楔上没有弹起,二者一起向下运动.设地层给它们的平均阻力为F ,则木楔可进入的深度L 是多少?组织学生认真读题,并给三分钟时间思考.(1)提问学生解题方法,可能出现的错误是:认为过程中只有地层阻力F 做负功使机械能损失,因而解之为Mg ()v '.第三阶段,对重锤及木楔有2)(210)(v m M FL hL m M '+-=-+ (4)小结:在这类问题中,没有出现碰撞两个字,碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的,在做题中,要认真分析物理过程,发掘隐含的碰撞问题.2.展示投影片2,其内容如下:如图所示,在光滑水平地面上,质量为M 的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m 的小球,此装置一起以速度v 0向右滑动.另一质量也为M 的滑块静止于上述装置的右侧.当两滑块相撞后,便粘在一起向右运动,则小球此时的运动速度是多少?组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.(1)提问学生解答方案,可能出现的错误有:在碰撞过程中水平动量守恒,设碰后共同速度为v ,则有(M+m )v 0+0=(2M+m )v .解得,小球速度 02v mM m M v ++= (2)教师明确表示此种解法是错误的,提醒学生注意碰撞的特点:即宏观没有位移,速度发生变化,然后要求学生们寻找错误的原因.(3)总结归纳学生的解答,明确以下的研究方法:①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动,悬线处于竖直方向.②两个滑块碰撞时间极其短暂,碰撞前、后瞬间相比,滑块及小球的宏观位置都没有发生改变,因此悬线仍保持竖直方向.③碰撞前后悬线都保持竖直方向,因此碰撞过程中,悬线不可能给小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不变.④结论是:小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞,小球的速度保持为v 0.(4)小结:由于碰撞中宏观无位移,所以在有些问题中,不是所有物体都参与了碰撞过程,在遇到具体问题时一定要注意分析与区别.3.展示投影片3,其内容如下:在光滑水平面上,有A 、B 两个小球向右沿同一直线运动,取向右为正,两球的动量分别是p A =5kgms ,p B =7kgms ,如图所示.若能发生正碰,则碰后两球的动量增量△p A 、△p B 可能是 ( )A .△p A =-3kgms ;△pB =3kgmsB .△p A =3kgms ;△p B =3kgmsC .△p A =-10kgms ;△p B =10kgmsD .△p A =3kgms ;△p B =-3kgms组织学生认真审题.(1)提问:解决此类问题的依据是什么?在学生回答的基础上总结归纳为:①系统动量守恒;②系统的总动能不能增加;③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量;④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同;⑤如碰撞后向同方向运动,则后面物体的速度不能大于前面物体的速度.(2)提问:题目仅给出两球的动量,如何比较碰撞过程中的能量变化? 帮助学生回忆mp E k 22=的关系。
(3)提问:题目没有直接给出两球的质量关系,如何找到质量关系?要求学生认真读题,挖掘隐含的质量关系,即A 追上B 并相碰撞,所以,B A v v >,即 B A m m 75>,75<B A m m (4)最后得到正确答案为A .4.展示投影片4,其内容如下:如图所示,质量为m 的小球被长为L 的轻绳拴住,轻绳的一端固定在O 点,将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上,将小球由静止释放,则小球经过最低点时的即时速度是多大?组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.(1)提问学生解答方法,可能出现的错误有:认为轻绳的拉力不做功,因此过程中机械能守恒,以最低点为重力势能的零点,有221)sin 1(mv mgL =+θ 得)sin 1(2θ+=gL v(2)引导学生分析物理过程.第一阶段,小球做自由落体运动,直到轻绳位于水平面以下,与水平面成θ角的位置处为止.在这一阶段,小球只受重力作用,机械能守恒成立.下一阶段,轻绳绷直,拉住小球做竖直面上的圆周运动,直到小球来到最低点,在此过程中,轻绳拉力不做功,机械能守恒成立.提问:在第一阶段终止的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在下一阶段初始的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在学生找到这两个速度方向的不同后,要求学生解释其原因,总结归纳学生的解释,明确以下观点:在第一阶段终止时刻,小球的速度竖直向下,既有沿下一步圆周运动轨道切线方向(即与轻绳相垂直的方向)的分量,又有沿轨道半径方向(即沿轻绳方向)的分量.在轻绳绷直的一瞬间,轻绳给小球一个很大的冲量,使小球沿绳方向的动量减小到零,此过程很类似于悬挂轻绳的物体(例如天花板)与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞,由于天花板的质量无限大(相对小球),因此碰后共同速度趋向于零.在这个过程中,小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了.因此,整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的.(3)要求学生重新写出正确的方程组.221sin 2mv mgL =θ θcos //v v =.22//21)sin 1(21v m mgL v '=-+θ 解得)1sin 2(sin 23+-='θθgL v(4)小结:很多实际问题都可以类比为碰撞,建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题.下面继续看例题.5.展示投影片5,其内容如下:如图所示,质量分别为m A 和m B 的滑块之间用轻质弹簧相连,水平地面光滑.m A 、m B 原来静止,在瞬间给m B 一很大的冲量,使m B 获得初速度v 0,则在以后的运动中,弹簧的最大势能是多少?在学生认真读题后,教师引导学生讨论.(1)m A 、m B 与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个m A 、m B 发生碰撞的模型?(因系统水平方向动量守恒,所以可类比为碰撞模型)(2)当弹性势能最大时,系统相当于发生了什么样的碰撞?(势能最大,动能损失就最大,因此可建立完全非弹性碰撞模型)经过讨论,得到正确结论以后,要求学生据此而正确解答问题,得 到结果为)(220B A B A p m m v m m E += (三)课堂小结教师活动:让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
(四)作业“问题与练习”1~5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。
★教学资料一维弹性碰撞的普适性结论新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况(运动的物体撞击静止的物体),本文旨在在此基础之上讨论一般性情况,从而总结出普遍适用的一般性结论。
在一光滑水平面上有两个质量分别为1m 、2m 的刚性小球A 和B ,以初速度1v 、2v 运动,若它们能发生碰撞(为一维弹性碰撞),碰撞后它们的速度分别为'1v 和'2v 。
我们的任务是得出用1m 、2m 、1v 、2v 表达'1v 和'2v 的公式。
1v 、2v 、'1v 、'2v 是以地面为参考系的,将A 和B 看作系统。
由碰撞过程中系统动量守恒,有'22'112211v m v m v m v m +=+ ① 有弹性碰撞中没有机械能损失,有2'222'1122221121212121v m v m v m v m +=+ ② 由①得()()'2221'11v v m v v m -=-由②得()()2'2222212'11v v m v v m -=- 将上两式左右相比,可得2'21'1v v v v +=+即()12'1'2v v v v --=-或()21'2'1v v v v --=- ③ 碰撞前B 相对于A 的速度为1221v v v -=,碰撞后B 相对于A 的速度为'1'2'21v v v -=,同理碰撞前A 相对于B 的速度为2112v v v -=,碰撞后A 相对于B 的速度为'2'1'12v v v -=,故③式为21'21v v -=或12'12v v -=,其物理意义是:碰撞后B 相对于A 的速度与碰撞前B 相对于A 的速度大小相等,方向相反;碰撞后A 相对于B 的速度与碰撞前A 相对于B 的速度大小相等,方向相反;故有[结论1]对于一维弹性碰撞,若以其中某物体为参考系,则另一物体碰撞前后速度大小不变,方向相反(即以原速率弹回)。
联立①②两式,解得 ()2112122'12m m v m m v m v +-+= ④ ()2121211'22m m v m m v m v +-+=⑤ 下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。
●若21m m =,即两个物体质量相等2'1v v = , 1'2v v = ,表示碰后A 的速度变为2v ,B 的速度变为1v 。