第三节 科学探究 一维弹性碰撞教学设计

时间就是金钱，效率就是生命！
唯有惜时才能成功，唯有努力方可成就！
第三节 科学探究—— 一维弹性碰撞教学设计
林 海
[三维教学目标]
1、知识与技能
（1）了解不同类型的碰撞，知道完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的主要特征。
（2）掌握弹性碰撞的规律。
（3）能根据弹性碰撞的规律解释判断有关的现象和解决有关的问题。
2、过程与方法：
通过探究一维弹性碰撞问题，使学生体验科学探究的过程，掌握科学探究
的方法。
3、情感、态度与价值观：
通过体验动量守恒定律在弹性碰撞中的应用，培养学生理论联系实际以及
利用理论分析解决实际问题的能力。
[教学重点] 用动量守恒定律、动能守恒讨论碰撞问题
[教学难点] 对各种碰撞问题的理解．
[教学方法] 学生探究、教师引导。
[教学用具] 多媒体辅助教学设备、碰撞实验仪器
[教学流程]

→ [教学过程] I、引入新课 碰撞是日常生活中极为常见的现象，这节课我们一起来分析碰撞、研究碰撞。 II、新课教学 1、体验碰撞，感知碰撞特点 小实验引入 展示生活中的碰撞 探究碰撞现象中的动量和动能 碰撞的类型
探究一维弹性碰撞的特点 理论探究弹性碰撞的规律 碰撞规律
的应用
时间就是金钱，效率就是生命！

唯有惜时才能成功，唯有努力方可成就！
【学生实验】利用三个小球自由玩耍，使它们之间发生碰撞，观察（视觉、听
觉、触觉等）碰撞现象总结其特点。
实验过程中教师巡视，注意纠正学生不恰当的碰撞方式。
师：请你说出你观察到的碰撞特点？
生：听到碰撞有声音。
师：碰撞的声音是长还是短？
生：声音很短。
师：声音很短能说明什么？
生：碰撞的时间极短。
师：很好请坐。我们由听碰撞的声音可以推测碰撞时间极短，而据此我们可以进
一步推断碰撞过程中内力远大于外力。还有哪些同学观察到碰撞的其他特
点？
生：有的碰撞前后两球在一条直线上运动，有的碰撞则不在一条直线上运动。
师：请你示范一下。
利用视频展台，学生边实验边讲解。
师：在物理学中把碰撞前后两球在一条直线上的叫做正碰，另一种叫做斜碰。
2、提出疑问，激发探究兴趣
师：接下来我给大家展示一个碰撞实验，是1666年在英国皇家学会上表演的一
个
实验，在当时曾经引起极大的轰动。实验仪器较为简单，用细绳悬挂两个钢
球在同一水平高度，这两个钢球的大小、形状和质量均相同。请大家注意观
察。
师：请哪位同学描述一下你看到的实验现象。
生：观察到小球1撞击小球2，结果小球1停止，而小球2开始运动。
师：你觉得这个实验能引起极大的轰动吗？
生：我觉得很奇怪的是，为什么碰撞之后那个小球会停下来。
师：好的，请坐！接下来我们共同分析一下两个小球的碰撞过程。
师：红色小球以速度V1撞击静止的蓝色小球，碰撞之后红色小球静止，蓝色小
球
具有速度V2，精确测量表明两小球运动的最大高度在同一水平线，由此可
以
说明V1和V2是相等的。也就是说碰撞的结果是两个小球交换了速度，对于
这
个碰撞结果你认为怎样才能给出合理的解释呢？
生：这可以从系统动量守恒进行解释，碰撞之前系统动量为mv，碰撞之后系统
动
量也是mv，碰撞过程系统动量守恒，所以碰前的动量和碰后的动量相等。
即
有：
师：既然从动量守恒角度来解释，我们看这两种情况：
它们均满足动量守恒，但是实验结果只有一种，（2）和（3）是不可能出现
的，这又
如何解释呢？（学生难以回答）
师：既然难以解释，是不是可以认为除动量守恒在支配碰撞的结果之外，还有一
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个隐藏的
规律也同时在支配着碰撞的结果。你认为这可能是什么？
生：可能是动能，系统碰撞前后的动能好像应该相等，在（1）中满足，但是在
（2）和
（3）中不满足。
师：好的！分析得非常有道理，动量守恒是我们能够确定的，而动能也相等至多
是个假
设，还需要我们进一步加以验证，由此我们可以把碰撞前后系统动能相等作
为一个假
设。
3、理论分析，寻求碰撞规律
建立模型：质量为m1的小球速度为V0，质量为m2的小球静止，两球发生正碰，
碰撞之后两
小球的速度分别为V1和V2。
讨论：
（1）若m1＝m2，则V1＝0，V2＝V0（这就是实验结果，两球交换速度）
（2）若m1>m2，则V1>0，V2>0（用实验加以验证）
（3）若m10（用实验加以验证）
（4）若m1»m2，则V1≈V0，V2≈2V0
（5）若m1«m2，则V1≈－V0，V2≈0（生活实例乒乓球撞墙原速率反弹，墙不动）
师：从上面的推导过程看，理论推导的结果和实验结果吻合一致，到这里我们可
以认为刚
才提出的假设是符合实际，可以用来解释实际情况的。在物理学中，我们把
这一类同
时满足动能不损耗的碰撞叫做弹性碰撞。
师：是不是所有的碰撞都满足动能相等呢？接下来我再给大家展示两个碰撞。
生活实例：一个质量m=1kg的钢球，以水平速度V0=2m/s运动，碰到一个静止的
质量M=3kg的
橡皮泥球。
情形1：碰撞后两球分开，钢球速度为0.2m/s；
情形2：碰撞后两球粘在一起向前运动。
（1）碰后两球的速度多大？
（2）碰前两球动能之和多大？
（3）碰后两球动能之和多大？
将学生分成两大组，分别对情形1、2进行运算，并展示这两组的运算结果。
情形1：碰后钢球速度0.2m/s，橡皮泥球速度0.6m/s；碰前动能之和为2J，碰
后动能之和为
0.56J。
情形2：碰后两球速度相等为0.5m/s；碰前动能之和为2J，碰后动能之和为0.5J。
师：计算表明这两种碰撞动能发生了损耗，在物理学中称之为非弹性碰
撞。情形2
动能损耗最大，碰撞的特征是碰后两球均有相同的速度，这种碰撞是非
弹性碰撞中
系统动能损耗最大，称之为完全非弹性碰撞。
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4、微观模拟，揭示碰撞本质
师：为什么碰撞会出现如此大的差异？要回答这个问题需要分析碰撞时两个小球
的形变情
况，由于这种形变非常微小，且时间极短，中学物理实验已经难以演示，下
面我们用
电脑动画模拟它们的碰撞过程。
动画1：弹性碰撞过程的微观模拟。碰撞的第一个过程为挤压形变，第二过
程形变完全恢复。
动画2：完全非弹性碰撞的微观模拟。碰撞只有挤压形变过程，当形变最大
时碰撞结束。
动画3：非弹性碰撞的微观模拟。在恢复形变过程，两球形变恢复不完全，
碰撞即结束。
师：由此我们可以看出，弹性碰撞小球形变完全恢复，所以动能没有损耗。非弹
性碰撞小
球形变没有完全恢复，一部分动能损失，转化为小球的内能。完全非弹性碰
撞小球的
形变一点也没有恢复，动能损耗最大。
III、课堂小结
[教学反思]
碰撞是生活中的一个常见现象，本节课以研究碰撞为主题，向学生展示了
一个基本的现象研究的思维过程，即为“观察生活→提出疑问→分析推理→提
炼规律→应用”。在实验观察时，提示学生从视觉、听觉、触觉等角度体验碰撞
现象，一改以往学生不知如何观察或者观察不完整的问题。用对一个经典的演
示实验的分析揭示了常见现象中的不寻常之处，激发了学生进一步探究的兴趣。
本节课的主体内容无疑是对碰撞的理论分析和实验验证，这个过程的基本步骤
为“提出假设→理论推理→实验检验→提炼规律”。在分析过程中，以问题为纽
带，逐步引导学生的思维，直至最终推理得出规律。
本节课的亮点在于三个方面：第一，体验过程；第二，设疑激发兴趣过程；
第三，理论分析推理过程。
[同行视角]
【生成描述】
开始，让学生通过“自由玩耍”自主考察碰撞过程中物体速度的变化情况，
体验碰撞过程。接着，以1666年英国皇家学会碰撞演示实验为例，赋值后在考
虑碰撞前后动量关系的同时，通过计算导引到动能关系，从而生成弹性碰撞及
非弹性碰撞概念。在此基础上建立弹性碰撞动量守恒方程和能量守恒方程，解
算该方程组，对方程组的解进行讨论，得到与实验相吻合的各种情形，再通过
演示实验验证。
[精彩评述]
⑴语言简洁；⑵三个碰撞演示实验完成得好，主题突出，现象明显；⑶请学生
上讲台演示验证实验的创意设计得好。