精品新人教选修35高中物理164碰撞优质课教案.docx
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精品新人教选修35高中物理164碰撞优质课教案
第十六章动量守恒定律
新课标要求
1.内容标准
(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。
知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验,解动量和动量守恒定律。
能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。
知道动量守恒定律的普遍意义。
例1火箭的发射利用了反冲现象。
例2收集资料,了解中子是怎样发现的。
讨论动量守恒定律在其中的作用。
(3)通过物中的守恒定律,体会自然界的和谐与统一。
2.活动建议
制作“水火箭”。
新课程习
16.4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,培养生勇于探索的精神。
★教重点
用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题
★教难点
对各种碰撞问题的解.
★教方法
教师启发、引导,生讨论、交流。
★教用具:
投影片,多媒体辅助教设备
★课时安排
1课时
★教过程
(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,并解决实际的物问题,是习动量守恒定律的基本要求.
(二)进行新课
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
1.弹性碰撞
在弹性力作用下,碰撞过程只产生机械能的转移,系统内无机械能的损失的碰撞,称为弹性碰撞。
举例:
通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。
分析:
物体1以速度v1与原静止的物体2碰撞,若碰撞后他们的速度分别为v1/、v2/。
试根据动量守恒定律和能量守恒定律推导出v1/、v2/的表达式。
注意:
弹性碰撞后的物体不发生永久性的形变,不裂成碎片,不粘在一起,不发生热传递及其他变。
【例1】质量1=10g的小球在光得的水平面上以v1=30c/的速度向右运动,恰遇上质量2=50g的小球以v2=10c/的速度向左运动。
碰撞后,小球2恰好静止。
那么碰撞后小球1的速度多大?
方向如何?
[解析]设v1的方向为正方向(向右),则各球的速度为v1=30c/,v2=—10c/,v2/=0,
据1v1+2v2=1v1/+2v2/解得v1/=—20c/,负号表示碰撞后1的运动方向
与v1的方向相反,即向左。
[答案]20c/方向向左
[点评]本题中的速度方向虽在同一直线上,但有的向右,有的向左,运用动量守恒定律求解时,一定要规定正方向。
2.非弹性碰撞
(1)非弹性碰撞:
受非弹性力作用,使部分机械能转为内能的碰撞称为非弹性碰撞。
(2)完全非弹性碰撞:
是非弹性磁撞的特例,这种碰撞的特点是碰后粘在—起(或碰后具有共同的速度),其动能损失最大。
(试试如何推导?
)
注意:
碰撞后发生永久性形变、粘在一起、摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞。
【例2】如图所示,P物体与一个连着弹簧的Q物体正碰,碰撞后P物体静止,Q物体以P物体碰撞前速度v离开,已知P与Q质量相等,弹簧质量忽略不计,那么当弹簧被压缩至最短时,下列的结论中正确的应是()
A.P的速度恰好为零B.P与Q具有相同速度
.Q刚开始运动D.Q的速度等于v
[解析]P物体接触弹簧后,在弹簧弹力的作用下,P做减速
运动,Q物体做加速运动,P、Q间的距离减小,当P、Q两物体
速度相等时,弹簧被压缩到最短,所以B正确,A、错误。
由
于作用过程中动量守恒,设速度相等时速度为v/,则v=(+)v/,所以弹簧被压缩至最短时,P、Q的速度v/=v/2,故D错误。
[答案]B
[点评]用弹簧连着的物体间相互作用时,可类似于弹性碰撞,此类题目常见的有相互作用的物体中出现恰好“最近”“最远”等临界问题,求解的关键点是速度相等
【例3】.展示投影片,内容如下:
如图所示,质量为M的重锤自高度由静止开始下落,砸到质量为的木楔上没有弹起,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?
组织生认真读题,并给三分钟时间思考.
(1)提问生解题方法,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(+L)+gL-FL=0.
将此结论写在黑板上,然后再组织生分析物过程.
(2)引导生回答并归纳:
第一阶段,M做自由落体运动机械能守恒.不动,直到M开始接触为止.再下面一个阶段,M与以共同速度开始向地层内运动.阻力F做负功,系统机械能损失.
提问:
第一阶段结束时,M有速度,,而速度为零。
下一阶段开始时,M与就具有共同速度,即的速度不为零了,这种变是如何实现的呢?
引导生分析出,在上述前后两个阶段中间,还有一个短暂的阶段,在这个阶段中,内力远大于外力,M和发生了完全非弹性碰撞,这个阶段中,机械能(动能)是有损失的.
(3)让生独立地写出完整的方程组.
第一阶段,对重锤有:
第二阶段,对重锤及木楔有
Mv+0=(M+).
第三阶段,对重锤及木楔有
(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过程之中的,在做题中,要认真分析物过程,发掘隐含的碰撞问题.
【例4】展示投影片,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pA=5g/,pB=7g/,如图所示.若能发生正碰,则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是 ()
A.△pA=-3g/;△pB=3g/
B.△pA=3g/;△pB=3g/
.△pA=-10g/;△pB=10g/
D.△pA=3g/;△pB=-3g/
组织生认真审题.
(1)提问:
解决此类问题的依据是什么?
在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?
帮助生回忆的关系。
(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,,即,
(4)最后得到正确答案为A.
二、对心碰撞和非对心碰撞
1.对心碰撞
两球碰撞时,碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同—条直线上,碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线,这种碰撞称为对心碰撞,也叫正碰。
注意:
发生对心碰撞的两个物体,碰撞前后的速度都沿同一条直线,它们的动量也都沿这条直线,在这个方向上动量守恒。
2.非对心碰撞
两球碰撞时,碰撞之前的运动速度与两球心的连线不在同—条直线上,碰撞之后两球的速度都会偏离原两球心的连线。
这种碰撞称为非对心碰撞,也叫斜碰。
斜碰也遵循动量守恒定律,但情况较复杂,中阶段不作要求。
注意:
发生非对心碰撞的两个小球,可以将小球速度沿球心连线和垂直球心连线两个方向分解,在这两个方向上应用动量守恒定律列式求解。
三、散射
1、散射:
在粒产物和核物中,常常使一束粒子射人物体,粒子与物体中的微粒碰撞。
这些微观粒子相互接近时并不发生直接接触,这种微观粒子的碰撞叫做散射。
由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小,所以多粒子在磁撞后飞向四面八方。
2、如何正确解非对心碰撞与散射?
诠释
(1)非对心碰撞的两个物体,碰撞前后速度不在同一条直线上,属于二维碰撞问题.如果系统碰撞过程中所受合外力为零,则仍然满足动量守恒,这时通常将动量守恒用分量式表示.如:
1v1+2v2=1v1/+2v2/,
1v1y+2v2y=1v1y/+2v2y/,
(2)在用α粒子轰击金箔时,α粒子与金原子核碰撞(并不直接接触)后向各个方向飞出,即发生散射.其散射角θ满足以下关系式
cθ/2=4πε0Mv2b/22.
其中为金原子的原子序,M是α粒子的质量,ε为真空中的介电常,其他物量见图所示.从上式可以看出,b越小,θ越大.当b=时,θ=1800,α粒子好像被弹回一样.
微观粒子之间的碰撞通常被视为完全弹性碰撞,遵从动量守恒及前后动能相等.英国物家查德威克利用弹性碰撞论成功地发现了中子.
(三)课堂小结
教师活动:
让生概括总结本节的内容。
请一个同到黑板上总结,其他同在笔记本上总结,然后请同评价黑板上的小结内容。
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、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,培养生概括总结能力。
教师要放开,让生自己总结所内容,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
★教体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物教的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物教就成了无之水、无本之木。
生素质的培养就成了镜中花,水中月。
★补充例题
1.展示投影片,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的小球,此装置一起以速度v0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?
组织生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问生解答方案,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+)v0+0=(2M+)v.
解得,小球速度
(2)教师明确表示此种解法是错误的,提醒生注意碰撞的特点:
即宏观没有位移,速度发生变,然后要求生们寻找错误的原因.
(3)总结归纳生的解答,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v0.
(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.
2.展示投影片,其内容如下:
如图所示,质量为的小球被长为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?
组织生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问生解答方法,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
得
(2)引导生分析物过程.
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?
在生找到这两个速度方向的不同后,要求生解释其原因,总结归纳
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