《碰撞中动量守恒探究》教学设计

《碰撞中动量守恒探究》教学设计思想探究式学习方式作为一种与传统接受式教学相对应的方式，旨在强化学生的体验，通过对知识的探究，懂得知识形成的过程和获取的方法，从而拓展学生的思维能力和培养学生的创新能力，新课程大力倡导在学科课程中面向全体学生，开展多样化的探究式教学活动。其基本特征可以概括为“活”和“动”两个字。“活一方面表现为学生的积极性和主动性，另一方面表现为学习辞去的生动性。教室里实际所发生的一切不可能都由教师所预设，思维常常迸发出令教师意想不到的智慧的火花：”动“表现为学生真正的动手操作、动眼观察、动脑思考。新课程中的探究式教学贯穿于物理课程标准和教材之中的。多媒体技术和现代实验技术为建构主义学习环境的实现提供了最理想的条件，建构主义学习理论与教学理论，为实现基于多媒体和现代实验技术为基础的、以学生为中心的教学模式提供了理论基础。为此，我在设计（包括实施）中为图体现：心学生发展为根本，根据学生学习的特点设计、选择教的方法，让学生在“重新发现”和“重新组合”知识的过程中进行学习，使所有学生都参与学习的过程。让他们通过一系列的探索活动去发现总结，而不是将现成的结论直接告诉学生。探究学习中，让每个学生都有机会取得成功，学习的成果是学生合作的结果；鼓励学生自由想象，提出各种假设和预见，充分尊重他们的思想观点，使学敢想敢干，富有创新精神。学习任务分析本节是继动量守恒定律之后的习题课。主要巩固所学知识，学会在不同条件下，熟练灵活的运用动量守恒定律解释一些碰撞现象，并能利用动量守恒定律熟练的解决相关问题。本节课以学生实验探究为主：通过演示及学生动手实验，让学生总结碰撞的特点；通过学生亲手实验和多媒体课让学生总结碰撞的种类；通过学生分组实验总结碰撞前后动量及机械能的关系。学生通过观察和实验及对实验结论的分析，对碰撞过程中动量和机械能的变化有了进一步的了解，为以后处理碰撞问题打下坚实的基础。学习者分析教学重点：1.掌握碰撞的特点；2.掌握碰撞过程中动量、机械能的变化及其规律。教学难点：1.学生的探究实验设计及实验结果的分析；2.全面、深入理解动量守恒定律的适用条件；3.分析碰撞过程机械能的损失的原因。高一学生，已初步掌握了实验探究的基本程序（观察现象→提出问题→猜想假设→方案设计→实验探究→归纳总结→解释现象）；具有较好的思考与质疑、交流与合作的学习习惯；学生通过做实验对碰撞过程中动量和能量的关系有一感性的认识，进而对过程的分析，使学生领悟发现隐含的碰撞问题的方法，培养他们分析问题和解决问题的能力。本节的大量时间是学生实验、讨论、思考的时间，希望通过学生的活动，实现学生是学习主体的地位。教学目标（一）知识与技能熟练掌握“碰撞”问题中动量守恒及能量变化的规律明确碰撞的特点，并学会应用碰撞的特点分析和解决问题，培养学生发散型的创新思维方式。（二）过程与方法通过视频与实验，学生分析总结碰撞的特点，培养学生观察、分析和总结能力。通过碰撞过程课件的分析，总结碰撞的种类。通过学生分组实验，体会物理学的实验探究的方法，培养学生实验探究的能力和自主及合作学习的能力。通过理论分析，让学生进一步理解碰撞过程中动量和能量的关系。（三）情感与价值观感悟科学探究的方法，领悟实验在物理中的地位和作用。体验和分享探究成功的喜悦，产生科学探究的兴趣。通过讨论与交流等活动，养成学生与他人进行交流、反思的习惯，发扬与他人合作的精神。学会辨证的、全面的思想分析问题。教学手段计算机辅助教学（CAI）教具多媒体课件，多媒体教学设备。弹性碰撞演示仪。学生分组实验器材：第一、二组：验证动量守恒定律的实验装置：斜槽，两个体积相同钢球和玻璃球，铁架台，天平，刻度尺，重锤线，白纸，复写纸，三角板，圆规。第三组：铝制斜槽，木支架，两个体积相同磁性钢球，天平，刻度尺，重锤线，白纸，复写纸，三角板，圆规。第四、五组：J2136—1冲击摆（摆块质量为80g），弹丸（质量为7.5g的钢珠），天平，刻度尺，三角板。第六组：打点计时器，电源，纸带，两个相同的小车，长木板，橡皮泥，小木块，刻度尺。第七组：气垫导轨，滑块，光电门，数据采集器。教学过程（一）创设情境，引入新课视频：赛车、911事件演示：弹性球碰撞演示教师：上述所看到的现象就是这节课要研究的现象------碰撞显示问题：碰撞有什么特点呢？分析：碰撞是一种常见的现象，学生孰知，但很少有同学深入研究它的特点及规律，所以通过影片、实验、提出问题，引起学生思维的撞击，激起学生的兴趣及求知欲，引导学生主动去探究。（二）学生探究、新课教学【探究1】碰撞的特点教师：同学们用自备的玻璃球碰撞，探究碰撞的特点。学生：实验。分析：创设真实的情境，激发学生学习物理的兴趣与好奇心。物理实验是创设情境的最有效的工具，创设与主题相关的、尽可能真实的情境，使学生能在和现实情况基本一致或相似的情境中发生。通过实验培养学生观察、实验的能力以及分析总结的能力。学生回答：碰撞的特点为：作用时间短，相互作用力大。【探究2】碰撞的种类问题：在碰撞过程中，物体是否发生形变。学生：是，因为有力的作用。再问：物体的形变可分为哪几种？学生：弹性形变、非弹性形变、完全非弹性形变再问：这几种形变有什么特点？学生：回答。课件：三种碰撞的情况的模拟展示总结：碰撞的种类：弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞。分析：探究活动强调学生的直接体验，但获取证据的方式是多样的。某些问题和证据可以来自于教师的演示实验，也可以让学生从各种渠道收集有关资料，进行分析、思考，提出自己的观点和看法，这样做可以培养学生的探究能力。以真实的碰撞为基础，将短暂、细微的变化过程通过模拟放大，增强学生的感性认识，对碰撞过程中的形变情况理解更深一层。【探究3】碰撞前后系统的动量是否变化？机械能是否变化？1.实验探究（学生分组实验）教师：学生实验过程中巡视、指导、回答学生提出的问题。方案一（第一组、第一组）：【实验仪器】斜槽，两个体积相同钢球和玻璃球，铁架台，天平，刻度尺，重锤线，白纸，复写纸，三角板，圆规。【实验装置】如图【实验步骤】略【实验记录数据】入射小球的质量被碰小球的质量入射小球碰前的速度V1(m/s)入射小球碰后的速度(m/s)被碰小球碰后的速度(m/s)碰撞前动量m1V1(kg·m/s)碰撞后总动量m1+m2(kg·m/s)碰撞前动能(J)碰撞后的总动能(J)实验中需测的物理量m1(kg)m2(kg)OP（m）OM（m）ON（m）m1OPm1OM+m2ONm1OP2m1OM2+m2ON2测量数据【实验结论】（1）碰撞前后动量守恒；（2）碰后的机械能略小于碰前的机械能（在误差允许的范围内机械能守恒）方案二（第三组）：【实验仪器】斜槽，两个体积相同钢球（入射球）和磁性球（被碰球），木支架，天平，刻度尺，重锤线，白纸，复写纸，三角板，圆规。【实验装置】如图【实验步骤】略【实验记录数据】入射小球的质量被碰小球的质量入射小球碰前的速度V1(m/s)入射小球碰后的速度(m/s)被碰小球碰后的速度(m/s)碰撞前动量m1V1(kg·m/s)碰撞后总动量m1+m2(kg·m/s)碰撞前动能(J)碰撞后的总动能(J)实验中需测的物理量m1(kg)m2(kg)OP（m）OM（m）ON（m）m1OPm1OM+m2ONm1OP2m1OM2+m2ON2测量数据【实验结论】（1）碰撞前后动量守恒（2）碰撞后的机械能小于碰前的机械能，机械能不守恒方案三（第四组、第五组）：【实验仪器】冲击摆，小钢球，天平，刻度尺，三角板。【实验目的】（1）探究碰撞前后动量关系；（2）探究碰撞前后动能的关系。【实验装置】如图（1）用天平称出弹丸和摆块的质量。（2）将冲击摆实验仪器放在桌子上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平。再调节支架上端的调节旋钮，改变悬线的长度，使摆块上沿与刻度盘上的虚线重合。前沿与0°重合，弹孔跟枪口对正，侧面与刻度盘平行。（3）使摆块静止，把指针停放于偏角约为20°处。用中档试射一次，读出指针摆动的最大角度。摆块摆回时，要用手轻轻止住。然后把指针预先放在稍小于所摆动的最大角度处，用同样方法正式发射三次，记下每次指针摆动的位置，测出每次摆块摆动的角度θ，并算出三次θ的平均值。用刻度尺直接测出摆块上升的高度h。（4）从说明书中查出弹丸的出射速度填入下表，并计算下表其它相应的值。【实验记录数据】弹丸的质量m=0.0075kg摆块质量M=0.08kg枪机档位弹丸的速度V（m/s）实验次数摆块上升的高度h（m）弹丸和摆块碰后的共同速度(m/s)碰撞前动量mV1(kg·m/s)碰撞后总动量（m+M）(kg·m/s)碰撞前动能(J)碰撞后的总动能(J)测量值θ（度）平均值（度）上升的最大高度h（m）高速档8.1第一次第二次第三次【实验结论】（1）碰撞前后动量守恒（2）碰撞后的机械能小于碰前的机械能，机械能不守恒方案四（第六组）：【实验仪器】打点计时器，纸带，两个相同的小车，长木板，尼龙粘扣，小木块，电源，刻度尺。长木板小车橡皮泥小车打点计时器长木板小车橡皮泥小车打点计时器AB（1）探究碰撞前后动量关系；（2）探究碰撞前后动能的关系。【实验装置】如图【实验步骤】（1）将长木板一端垫高用以平衡摩擦力，使小车在木板上恰好匀速下滑。（2）在板的一端固定打点计时器。将纸带固定在A小车上，并穿过打点计时器的限位孔，让小车A紧靠打点计时器。（3）在小车A的前端粘有橡皮泥，先接通电源，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。计时器就在纸带上打下一系列的小点。（4）换几条纸带，重做上面的实验。（5）在取下的纸带中挑选点迹清晰的纸带进行测量。【实验记录数据】入射小车的质量m1(kg)被碰小车的质量m2(kg)入射车碰前的速度V1(m/s)入射和被碰小车碰后的共同速度(m/s)碰撞前动量m1V1(kg·m/s)碰撞后总动量（m1+m2）(kg·m/s)碰撞前动能(J)碰撞后的总动能(J)【实验结论】（1）碰撞前后动量守恒（2）碰撞后的机械能小于碰前的机械能，机械能不守恒方案五（第七组）：【实验器材】气垫导轨，滑块多个，冲气泵，光电门，多功能数据处理器。【实验目的】（1）探究碰撞前后动量关系；（2）探究碰撞前后动能的关系。【实验装置】【实验步骤】（1）大滑块静止，给小滑块一初速度V1，与大滑块相碰，用光电门和数据采集器分别测出第一次碰撞前后大、小滑块的速度V1、、。（2）小滑块粘有较软的泡沫塑料，小滑块静止，给大滑块一初速度V1，与小滑块相碰，用光电门和数据采集器分别测出第一次碰撞后滑块的速度，给大滑块一初速度V1，与小滑块相碰共同运动，用光电门和多功能数据处理器分别测出第一次碰撞前后滑块的速度V1、、。（3）大小滑块粘有尼龙粘扣，小滑块静止，给大滑块一初速度V1，与小滑块相碰共同运动，用光电门和数据采集器分别测出第一次碰撞前后滑块的速度V1、、。【实验记录数据】碰撞的种类入射滑块的质量m1(kg)被碰滑块的质量m2(kg)入射滑块碰前的速度V1(m/s)入射滑块碰后的速度(m/s)被碰滑块碰后的速度(m/s)碰撞前动量m1V1(kg·m/s)碰撞后总动量m1+m2(kg·m/s)碰撞前动能(J)碰撞后的总动能(J)123【实验结论】（1）三种类型的碰撞，碰撞前后动量都守恒；（2）第一种碰撞：弹性碰撞机械能守恒第二种碰撞：非弹性碰撞碰后的机械能减小第三种碰撞：完全非弹性碰撞，机械能损失最大。2.探究结果展示：学生：每组代表展示探究成果。教师：对学生的实验结果进行点评并总结。结论1：（碰撞过程中外力远小于碰撞物体之间的内力，可以忽略不计，认为）碰撞过程中动量守恒。结论2：碰撞前后机械能的关系（1）弹性碰撞：碰撞过程中物体发生弹性形变，机械能部分转化为弹性势能，碰后弹性形变完全恢复，弹性势能又全部转化为机械能，所碰撞前后机械能守恒。（2）非弹性碰撞：碰撞过程中物体发生非弹性形变，碰后形变不能完全恢复，机械能部分转化为弹性势能，另一部分转化为内能，所碰撞前后机械能小于碰撞前的机械能。（3）完全非弹性碰撞：碰撞过程中物体发生形变，碰后形变完全不能恢复，形变最大时二者的速度相等，之后两物体以共同的速度运动，所以机械能损失最大。碰撞的应用：视频：学校教师打台球的录相片断课堂小结碰撞的特点碰撞的种类：弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞。碰撞过程中动量守恒碰撞后的机械能小于或等于碰撞前的机械能。作业：研究性课题：利用一年来学