2022安徽省普通高中物理新课程新教材优质选课及精品课案例征集活动课时教学设计教材版人教高中物理教材教学章节选修必修第一卷第一章《1.5弹性碰撞与非弹性碰撞》任教老师颜阿伟学校名称合肥168中学2022年11月16日2022年安徽省普通高中物理新课程新教材精品选课暨精品课征集活动1 1《1.5弹性碰撞与非弹性碰撞》 《非弹性碰撞》教学设计 1.教材分析。本部分教学内容选自人民教育出版社出版的高中物理选修教材第一卷第一章第五节。前四部分本章从实验到理论，再从理论到实验，从多个角度解释了“动量”、“动量定理”、“动量守恒定律”等概念和定律。 后两节是基于“动量守恒定律”在两个真实、典型且有意义的情境中的应用。 前面的课程主要是从能量和动量的角度研究碰撞现象。 同学们对碰撞物种的能量变化也有了一定的了解，但还不清楚。 本节进一步研究碰撞能量的变化。 教材的编写思路是以碰撞实例为载体，通过实验探索和理论推导，建立真实情况下弹性碰撞和非弹性碰撞的相关概念。 教科书创造了两个小球之间弹性碰撞的场景。 首先引导学生应用动量守恒定律和机械能守恒定律解决典型的碰撞问题，推导出两个小球弹性碰撞后的速度表达式。 随后，引导学生从一般到特殊讨论了三种特殊情况，得到了两个球碰撞后最终速度的表达式，便于快速判断和评估与生活中实际现象对应的碰撞类型。
通过弹性碰撞和非弹性碰撞的讨论，学生可以进一步加深对动量和动能的理解，提高运动、相互作用和能量的概念。 二、学业情况分析 1.已有基础。 经过前面四节的学习，学生已经从动量的角度讨论和分析了各种碰撞现象，例如汽车的碰撞、陨石的撞击，从实验到理论，再从理论到实验。 等人建立了动量变化与相互作用时间累积之间的关系。 另一方面，通过上一节验证动量守恒定律的实验，培养了学生独立设计实验方案、收集和分析数据进行科学探究的能力。 2.需要改进。 虽然学生对碰撞过程中能量的传递和转化有了一定的了解，但还不清楚。 同时，他们对碰撞过程的动力学分析相对陌生，不了解弹性碰撞规律。 另外三、教学目标 （1）物理概念 通过研究碰撞前后的能量变化，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的碰撞特性，并能对生活中的碰撞进行分类。 （2）科学思维通过非弹性碰撞和弹性碰撞的案例分析，提高模型构建、抽象概括、演绎推理和科学论证的能力，学会用能量、动量和动力学视角解释一维碰撞问题。 （3）科学探究通过实验探究和碰撞球实验装置的制作，让学生体验观察现象、提出问题、实验探究、理论推导的科学探究过程，提高学生的创新能力和实践能力。 （四）科学态度和责任感 通过本课的学习，我们将了解碰撞的科学性，了解生产生活中的各种碰撞现象，树立珍惜生命、保护资源等社会责任感。
四、教学重点和难点 教学重点： 1．了解弹性碰撞和非弹性碰撞的物理过程和特点； 2． 2.能够运用机械能守恒定律和动量守恒定律解决生产、生活中的实际问题。 教学难点：1.掌握碰撞过程的动量、能量及动力学分析； 2.弹性碰撞定律的推导与理解。 5. 教学资源 实验设备：轨道、小车、光电门和数字定时器、自制碰撞实验装置等多媒体资源：实验视频、多媒体课件 6. 方法与策略 本部分主要采用基于大单元的问题导向教学教学方法，具体教学方法包括：问题引导、实验探究、小组讨论、合作学习、教学与评价等。现实问题始终是教学的主线，在提出驱动性问题和每项任务的学习； 探究规则体现在学生自主设计实验方案； 学生通过小组讨论的方法获得弹性碰撞和非线性。 弹性碰撞概念的内容； 教师的教学和评价贯穿于项目实施的各个补充环节。 以问题为导向的教学方法最大限度地保证了学生的主体性和教师的主导性，整个教学过程始终围绕教学目标展开。 7.教学过程教学线索设计本课大体上贯穿两条线索。 首先是物理概念线索：碰撞前后能量变化的实验探索→弹性碰撞和非弹性碰撞的概念特征→具体碰撞过程分析→碰撞实例动量和总能量分析； 科学思维与探究线索：观察现象→提出问题→实验探索→抽象概括→演绎推理→反思交流→深入拓展。
学习活动旨在创造真实情境，引入新课程【创造情境】从宇宙中的天体到生活中的物体再到微观世界中的粒子，碰撞无处不在。 学生活动：举例生活中的碰撞现象，回顾碰撞的特点以及碰撞中蕴含的物理定律。 驾驶问题：物体碰撞时动量守恒。 那么，能量在各种碰撞中如何变化呢？ 设计意图是一方面回顾现有知识，另一方面启发学生从能量角度思考碰撞问题，从而引出驾驶问题，从而引入新的课程。 任务1：实验探索碰撞前后动能的变化。 问题情况：本章第一节教材图1.1-2所示的实验中，移动滑块与静止滑块发生碰撞。 碰撞后，两车粘在一起并移动。 获取实验数据进行分析。 【问题1】根据实验数据，可以得出碰撞后总动能减小的结论。 是否存在碰撞前后系统总动能保持不变的情况？ 学生活动：发表自己的看法 【问题2】请学生思考以下问题，分组讨论如何设计实验方案： 1. 仔细观察实验装置和碰撞过程，思考一下，什么是实验装置？总动能减少的原因是什么？ 2、如何改进实验装置，使总动能的损失最小化？ 师：播放碰撞的慢动作视频。 学生：继续讨论问题2，从改进碰撞装置的角度设计实验方案。 学生可以总结一下使用面团弹簧或其他碰撞物体的方案：老师在这三组滑块上安装了面团、橡皮泥、弹性碰撞框作为碰撞介质。 我们可以依次对气垫导轨进行3次碰撞。 实验。
面团橡皮泥弹性碰撞架的设计意图是通过分析第一课的实验数据，创设一个问题情境，引导学生思考碰撞中的能量变化。 通过问题1和问题2，引导学生做出猜想，完善实验方案，进行实验探索。 让学生体验观察现象、提出问题、进行实验研究的科学探究过程。 培养学生的科学思维和科学探究能力。 【问题3】为了获得碰撞前后系统的动能，我们需要测量哪些实验数据？ 如何测量？ 学生：需要测量碰撞前后汽车的质量和速度。 质量可以用天平测量，速度仍然可以用光电门测量。 师：我已经提前量好了滑块的质量，填在表中。 只要我们测出挡光时间，输入到表中，就可以计算出碰撞前后的总动能。 教师活动：指导学生依次进行三个实验，通过excel表格计算碰撞前后系统的总动能以及动能损失比例。 学生活动：2名学生进行实验操作，1名学生在电脑上记录实验数据，其他学生在学习任务单上记录实验数据。 【实验一】使用带有面团的滑块进行碰撞实验 【实验二】使用带有橡皮泥的滑块进行碰撞实验 【实验三】使用带有弹性碰撞框的滑块进行碰撞实验 设计意向通题3指导学生在教师的指导下进行数据测量和实验操作，培养学生的动手能力。 通过设计对比实验，我们探索了不同条件下损失的动能量。 【问题4】分析实验数据，你发现了什么？ 为什么三个实验中动能损失越来越少？ 学生活动：猜测可能与碰撞介质的变形有关。 实验1 实验2 实验3 教师活动：播放3次碰撞的慢动作视频，引导学生观察碰撞介质的变形及变形恢复。
学生结论：3次碰撞中，碰撞介质变形明显，但面团的变形基本没有恢复，橡皮泥的变形部分恢复，弹性碰撞架的变形基本完全恢复。 面团变形恢复最少，碰撞中损失的动能最多； 弹性碰撞架恢复变形最多，碰撞时损失的动能最少。 这表明碰撞中损失的动能的大小与碰撞介质的变形恢复程度有关。 变形恢复越多，动能损失越少。 指导：根据上述实验，不难想象，如果碰撞的变形能完全恢复，则可以认为碰撞前后系统的动能不变。 设计意图是通过问题4引导学生分析数据物理资源网，并让学生观察碰撞过程的慢动作视频，引导学生找到动能损失与变形恢复之间的关系，逐步构建弹性模型碰撞，从而建立弹性碰撞和非弹性碰撞的概念。 铺平道路并了解碰撞的本质。 任务2：建立并理解弹性碰撞和非弹性碰撞的概念。 根据碰撞前后总动能的变化，提出弹性碰撞和非弹性碰撞的概念，并举例讨论，加深理解。 在物理学中，如果系统在碰撞前后动能保持不变，则这种类型的碰撞称为弹性碰撞。 老师举了个例子：在宏观世界中，钢球、玻璃球、台球碰撞时，动能损失很小，它们的碰撞可以视为弹性碰撞。 在微观世界中，分子、原子和更小的粒子之间的碰撞也可以视为弹性碰撞。 如果碰撞后系统的动能减少，则这种碰撞称为非弹性碰撞。 小结：比如，沾满橡皮泥的滑块碰撞、安全实验中的汽车碰撞、天体碰撞等都是典型的非弹性碰撞。
非弹性碰撞中有一个特殊情况。 理论分析和大量实验表明，如果物体碰撞后完全粘在一起而不反弹，则系统的动能损失将是最大的。 在物理学中，我们的碰撞被称为完全非弹性碰撞。 例如，在含有面团的滑块碰撞中，碰撞后两者粘在一起，面团变形基本不恢复，可以认为是完全非弹性碰撞。 设计意图是通过总结碰撞中的动能变化，从能量的角度对碰撞进行分类，实现抽象和概括的科学方法。 【问题5】非弹性碰撞中系统损失的动能去哪里了？ 生：转化为热能 总结：是的，主要是转化为物体的内能。 人们观察到彗星碎片与木星猛烈相撞。 碰撞引发的爆炸相当于数亿颗原子弹的威力，木星上留下的“伤痕”几乎有地球直径那么大。 虽然我们在生活中利用很多碰撞来改善我们的生活，但有些碰撞会给我们的财产甚至生命带来损害。 例如，我们必须注意交通安全，避免碰撞。 设计意图是通过问题1加深学生对非弹性碰撞中能量转化的理解，提高学生的安全意识，培养学生的科学态度和责任感。 [例子] 假设实验1中粘有面团的两个滑块的质量为m。 打开气泵后，让一个滑块以速度v与另一个静止的滑块碰撞。碰撞后高中物理弹性碰撞视频讲解，两个滑块粘在一起，继续以一定的速度向前移动。 请计算碰撞后系统损失的总动能是多少？ 学生活动：进行理论推导，得出结论：碰撞后的总动能E k′ = 1/2Ek，碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。
教师活动：投影屏幕显示学生的计算结果高中物理弹性碰撞视频讲解，并根据以往的实验数据引导学生将理论推导与实验数据进行比较。 设计意图理论推演了碰撞前后动能是否发生变化，加深了概念的理解和规律的应用。 将理论推导结果与实验数据进行比较，让学生体会到理论与实验的统一。 （4）任务三：弹性碰撞实例分析体验活动1 在桌面上，向某个方向弹出一个钢球，与另一个相同的静止钢球碰撞。 要求：静止的球碰撞后沿同一方向运动。 活动结束后，学生们分享了他们的成功秘诀。 教师活动：介绍积极碰撞的概念。 设计意图是让学生通过体验活动1中的小游戏，建立积极碰撞的概念。 体验活动2 在桌子上，向某个方向弹出一个钢球，与另一个相同的静止钢球碰撞。 要求：静止的球碰撞后沿同一方向运动。 活动结束后，同学们分享了自己的实验现象。 教师活动：总结现象并提出以下驱动性问题：由于质量不同而发生弹性碰撞的两个物体的碰撞后速度有何特点？ 设计意图是让学生通过体验活动2观察三种不同的一维弹性碰撞现象，思考质量对速度的影响，为弹性碰撞实例分析做好准备。 创设一种情况：物体m1以速度v1与原来静止的物体m2发生弹性碰撞后，它们的速度分别为v1'和v2'。 请推导出碰撞后速度v1'和v2'的表达式。 'v1' v1 学生活动：根据动量守恒定律和碰撞前后系统动能恒定，推导出碰撞后球的速度表达式： 教师活动：投影屏幕显示引导学生讨论以下两个问题。
【问题6】你能用表达式解释活动2中的实验现象吗？ 学生活动：讨论并给出结论：若m1=m2?v1'=0，则v2'=v1表示两者的交换速度； 如果m1>m2?v1'>0，v2'>0，则说明碰撞后两者相同。如果m10，则说明碰撞后m1反弹，m2与v1移动方向相同。 教师活动：利用不等质量滑块在气垫导轨上的碰撞来演示这三种情况。 设计意图：一个人在滑板车上滑行，一个人在滑板车上滑行【问题7】讨论m1>>m2，m1 m2，然后v1？ = v1，v2？ = 2v1（质量大的球速度不变，质量小的球以2倍速度运动） （2）如果m2>>m1，则v1？ =-v1，v2？ = 0 （质量小的球以原来的速度反弹，质量大的球不动） 教师活动：用乒乓球和台球演示（1）和（2）。 设计意图引导分析表达式得到三种情况下的碰撞后速度关系，并解释活动二中的实验现象。培养学生解释和交流的能力。 【问题8】如果m2也有碰撞前的速度，那么我们应该在这两个表达式中添加什么来计算碰撞后的速度？ 学生：需要考虑它的初动量和初动能。 老师：只要发生弹性碰撞，我们就可以根据系统动量守恒和碰撞后总动能保持不变来解决问题。 需要提醒的是，动量守恒方程是矢量形式，建立该方程时必须注意速度的符号。
然后研究质量差异很大的物体之间的碰撞，最后在实践中检验该理论。 培养学生的证据意识。 （五）课堂小结本课我们首先通过实验探究了碰撞中总动能的变化，然后从能量的角度将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞。 最后，我们分析了一个弹性碰撞的例子，并用计算结果解释了生活中一些有趣的碰撞现象。 八、黑板设计 九、学习评价与作业设计 【评价设计】 1、过程评价：对学生在课堂教学活动中的表现进行及时的评价和反馈，纠正学生的学习行为，促进学生的学习进步。 评价依据包括：学生口头报告、实验操作过程、实验报告完成情况等。 2.形成性评价：评价学生课后活动作业和课堂作业【作业设计】定量探究台球打球后的速度关系击打乒乓球； 完成课本上的课后练习。 十、教学反思 1、根据课程标准、教材和学业情况，始终以学生为中心进行教、学、评一体化设计，注重学科核心能力在学习活动中的落实; 实施基于PBL教学法的教学，引导学生提出问题、进行实验、得出结论、最终应用规则。 从教学效果来看，本课通过多次学习活动，很好地实现了教学目标，突破了教学重点和难点。 2. 为了让学生体验概念生成过程，设计了实验方案，通过三种不同的介质进行碰撞，并利用手机的慢动作功能拍摄碰撞过程并观察介质的变形在碰撞过程中。 本实验首先研究了三种不同弹性介质的碰撞，发现三种碰撞中损失的动能持续减少。 然后通过合理的外推，逐步构建出理想的弹性碰撞模型，充分让学生体验到通过实验的体验。 构建模型和建立概念的过程。
通过对慢动作视频中介质变形及变形恢复过程的观察和研究，学生可以了解碰撞的本质以及碰撞中能量转换的规律，同时培养学生观察和分析的能力问题。 另外，通过控制三对滑块在碰撞前具有相同的质量和相同的初速度，消除了质量和速度对动能损失的影响，只考虑了碰撞介质对动能损失的影响。研究过，很好地体现了控制变量的实验思想。 总而言之，这个实验计划不仅弥补了教材实验的不足，而且很好地培养了学生的科学思维、科学探究等核心素质。 3.本部分有大量可扩展的内容，丰富的生活实例，还有很多演示实验可供选择。 教师要懂得选择，不能贪得无厌。 要始终把握教学主线，控制教学难度和深度，突出教学重点，突破教学难点。