探究碰撞中的不变量(教案).doc

实验：探究碰撞中的不变量

教学目标
知识
与
技能
（1）通过实验使学生了解到两个物体碰撞前后，它们各自的质量与自己速度的乘积之和是不变的
（2）进一步熟悉气垫导轨和光电计时器的工作原理和使用方法
过程
与方法
（1）体验用实验探究碰撞中的不变量的过程与方法
（2）通过学生分组实验，亲自参与教学，增强学生的动手能力和实验能力
情感、
态度与
价值观
（1）增强学生的协作意识
（2）培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风
教学重点
探究碰撞中的不变量
教学难点
寻找的不变量必须是在不同的碰撞情况下都不改变，因此要设计一种可行性较大的实验，探究普遍规律
教学方法
通过演示实验，观察两个小球碰撞前后运动的变化，引出思考，提出问题；学生分组讨论，设计实验方案，教师归纳指导；学生自主探究，协作学习，从实验数据中归纳出碰撞中的不变量；教师作适当点评和总结。
整个过程教师是一个引导者和参与者，引导学生交流讨论和实践，鼓励学生的创新精神，充分重视在学生的探究过程中情感、态度与价值观的培养，重视学生能力的培养。
教学用具
1、 学生实验器材：气垫导轨、光电门、挡光片、光电计时器、滑块、天平、弹簧圈、粘扣、、
2、 演示器材：铁架台、悬线两根，小钢球三个（其中两个质量相等，另一个质量相差较多）
课时安排
1课时

教学过程
教师活动
学生活动
点评
引入新课
碰撞是自然界中常见的现象，请举一些常见的碰撞的例子
演示：
如图，A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。换为质量相差较多的两个小球，重做以上实验。

通过演示可以看到：
两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度的变化情况也不一样。
提出问题：
碰撞前后会不会有什么物理量保持不变
确定课题：
通过实验探究碰撞中的不变量
学生回答常见的碰撞的例子

通过演示使学生对两个物体的碰撞有一个感性认识，由此创设情景，引出课题。
新课教学
一、实验的基本思路
我们只研究一维碰撞的情况
问题：
1、在一维碰撞的情况下与运动着的物体有关的物理量有哪些？
2、碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
3、质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的不变量，而速度是变化的，质量和速度的乘积也是变化的，那么，碰撞前后究竟什么是不变的？
提示：会不会是两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不变量？
即：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′成立
或者，各自的质量与自己速度的二次方的乘积之和是不变量？
即：m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2成立
或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和是不变量
即：成立
或者……
二、需要考虑的问题
1、如何保证碰撞是一维的？
2、我们知道质量可以用天平进行测量，那么怎样测两个物体在碰撞前后的速度？
3、碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞的情况下都不改变，这样才符合要求。因此本实验需要设计多种碰撞情况。
请大家根据以上要求设计一个实验方案
三、设计实验方案
利用气垫导轨进行实验，实验仪器如图。

1、回顾实验装置的工作原理和使用方法
2、设计实验方案
实验方案应包括不同接触面情况以及不同的碰撞情况，滑块的接触面分别有弹性圈、裸块、粘扣；碰撞情况可以有动碰静、对碰。应根据接触面性质、运动情况的不同组合分别加以验证。由于时间关系，采取相互合作的方式，每小组只验证以下几种情况中的一种，并且在这种情况下改变滑块的质量和碰前的速度：弹性圈的动碰静、弹性圈对碰，裸块的动碰静、裸块对碰，粘扣的动碰静、粘扣对碰。最后将各组实验结果综合在一起分析。
3、设计实验数据表格
指导学生设计实验数据表格，并投影部分学生设计的表格，学生评价各自的优点和缺点，然后综合给出比较优化的数据表格。
由于数据较多，可以设计两张表格用以记录
以下表格供参考
表1：
接触面性质
弹性圈
碰撞情况
对碰
次数
m 1
m 2
t 1
v 1
t 2
v 2

1

2

表2：
次数
1
2
前后
碰撞前
碰撞后
碰撞前
碰撞后
质量
m 1
m 2
m 1
m 2
m 1
m 2
m 1
m 2

速度
v 1
v 2

v 1
v 2

mv
m1v1+
m2v2
m1v1/+
m2v2/
m1v1+
m2v2
m1v1/+
m2v2/

mv2
m1v12+
m2v22
m1v1/2+
m2v2/ 2
m1v12+
m2v22
m1v1/2+
m2v2/ 2

说明：
1、m 1和m2分别是滑块1和滑块2的质量，t1和t2是它们碰撞前通过光电门的时间，v1和v2是它们碰撞前的速度，t1/和t2/是它们碰撞后通过光电门的时间，v1/和v2/是它们碰撞后的速度
2、在以上表格中还可以根据实际需要通过改变质量或碰前速度而添加实验次数3、4……
四、实验探究与数据收集
指导学生安装实验装置，进行实验。
在实验期间，教师巡视指导，当学生得出数据后指导学生将实验数据填入表中
五、分析数据得出结论
根据实验数据各自讨论后组织同学归纳总结，得出结论。
最后教师展示学生的实验结果。

讨论、回答：
1、物体的质量m、物体的速度v
2、质量
3、学生猜想，提出各种观点

学生讨论，提出方案

学生积极思维，了解与实验相关的内容，形成实验方案。

学生讨论，形成合理表格

各小组协作完成实验。

学生小组合作、全班交流，得出结论：两个物体碰撞前后，它们各自的质量与自己速度的乘积之和是不变的

引导学生进行猜想，确定实验的基本思路

培养学生多角度思考的发散性思维能力。
肯定学生的成功之处，使之有成功的喜悦。
教师最后集中学生的思维，确定本实验研究的方案。

让学生自己设计实验方案，制作记录实验数据的表格，培养他们的实验能力，为以后进行科学研究打下基础。

让每个学生都有探究的机会，自主探究可产生更多的发现。
给学生展示自我的舞台，提高学生的动手能力和学习兴趣。

完成探究的过程，体会探究的乐趣和成功的喜悦。

课堂小结
将探究碰撞中的不变量的过程再梳理一遍：发现并提出问题，设计实验和收集证据，分析与处理，得出结论。强调交流与合作在探究过程中的重要作用。
让学生总结，互相补充完善。
回顾、体会科学探究的过程。
布置作业