16．1 实验：探究碰撞中的不变量
【教学目标】
一、知识与技能
1．理解要探究的问题的含义和进行探究的基本思路。
2．理解由问题转化为具体的任务的过程，理解教材所提供的实验方案。
3．使已有方案和使用过的器材的启发能够设计出新的可行的方案。
4．能够比较各方案的优劣，能够控制实验过程和测量、处理实验数据。
5．能够由实验数据分析预想的结论是否成立。
二、过程与方法
1．学习在探究中如何进行猜想。
2．通过分析教材提供的实验方案，学习根据要求设计实验的方法。
3．通过实验过程提高学生的实验操作能力和分析数据的能力。
三、情感态度与价值观
1．体会科学研究过程的艰辛与乐趣，培养学生主动探究、乐于探究的品质。
2．通过实验培养学生实事求是的科学态度，通过设计实验培养学生的创新精神。
【教学重点】
1．实验方案的理解与设计。
2．实验的实施过程。
【教学难点】实验方案的设计；实验数据的采集与处理。
【教学方法】
教师启发引导，学生讨论、交流、合作实验等。
【教学用具】
实验器材：斜槽（带重锤线），两个大小相同但质量不相同的小球，天平，刻度尺，白纸，复写纸；多媒体课件；视频等。
【课时安排】
2课时，第1课时为明确探究目的、思路，设计实验方案的过程；第2课时实施实验过程，验证预想的结论。
【教学过程】
一、新课引入
教师展示以下视频片断或动画：台球正碰、斜碰各一个；火车挂钩过程；粒子加速器中高速运动的粒子撞击靶核过程。
师：刚才大家看到的现象我们称之为碰撞，碰撞是自然界中常见的现象，本章研究的主要现象就是碰撞。
师：下面我们动手做一个碰撞实验，观察碰撞前后哪些物理量发生了变化。
演示实验：
几个单摆小钢球一样大，摆长一样长，竖直悬挂时两球恰好相切，将单摆A拉开某一个角度后释放，在最低点与B相碰，以下实验中开始将A拉开的角度均一样大。
第1次实验：mA =mB，碰后A静止，B向右运动；
第2次实验：mA ＞mB，碰后A、B均向右运动；
第3次实验：mA ＜mB，碰后A向左运动，B向右运动。
师：实验中A、B的什么物理量在碰撞前后发生了变化？这种变化又与什么物理量相关？
生讨论后得出：A、B的速度大小或方向发生了变化，这种变化与质量有关。
师：刚才的碰撞过程中，会不会有什么物理量不发生变化呢？本节课和下节课我们就对这一问题进行探究。
二、新课教学
板书：第1节 实验：探究碰撞中的不变量
板书：一、守恒的猜想
师：我们只研究最简单的情况，即：碰前、碰后两物体均沿同一直线运动，这种碰撞叫一维碰撞。
板书：1．一维碰撞：碰前、碰后两物体的速度均沿同一直线。
师：在前面的实验中我们发现，物体碰撞前后速度的变化随质量的不同而不同，那么会不会物体的质量和它的速度组成的一个新的物理量在碰撞中保持不变呢？那么我们先猜一猜这个新的物理量与物体的质量和速度有什么关系？
学生猜测：可能是mv，mv2，m2v，，
，
等等。
师：设这两个物体的质量分别为m1．m2，发生一维碰撞，碰前速度分别为、
，碰后速度分别为
、
，刚才我们猜想到的这个物理量在此次碰撞中守恒的表达式如何？
学生猜测。
板书：2．两物体一维碰撞中守恒的可能表达式：
等等。
师：这些可能的表达式中v为矢量，一维中有两个方向，如何在以上表达式中体现这两个方向的不同呢？
生：规定一个正方向，与正方向同向的v为正，与正方向反向的v为负。
板书：（规定一个正方向后，表达式中的v有正、负之分。）
板书：二、对猜想的实验验证
师：质量可用天平测量，关键是速度如何测量？过去我们是如何测定速度的呢？
生讨论后得出：打点计时器，遮光板与光电计时器等。
教师组织学生自学教材上的方案三，并播放模拟动画。
教师提出思考题组织学生讨论：纸带上的点迹是如何分布的？如何测出碰撞前后两车的速度？以mv为例的守恒表达式如何？能否让B车也有初速度，或者让A、B碰后分开？这样做有什么困难？
板书：实验方案1：打点计时器结合小车，用打点计时器测速度。
教师组织学生自学教材上的方案一，并播放模拟动画。
教师提出思考题组织学生讨论：遮光板的宽度为d，遮光时间为，则滑块速度为多大？若是甲图情境，以mv表达的守恒表达式如何？若是乙图情境，且开始时右边滑块静止，碰后两滑块均向右运动，以mv表达的守恒表达式如何？若开始时两滑块相向运动，碰后均向右运动，以mv表达的守恒表达式如何？若是丙图情境，且开始时右边滑块静止，以mv表达的守恒表达式如何？
板书：实验方案2：气垫导轨结合光电计时器，用光电计时器测速度。
师：以上两种方法都是直接测速度，各有优缺点，方案1器材简单，但准确率低，而且情境单一；方案2器材复杂，但准确率高且情境多样。
师：速度除了可以直接测得以外，还可以间接求得。
教师组织学生自学教材上的方案二。
教师提出思考题组织学生讨论：若已知摆长和最大偏角，如何求小球在最低点的速度？若开始时左球从角开始摆下，碰后左球向右摆起的最大角度为
，右球向右摆起的最大角度为
，测得左球质量为
，右球质量为
，摆长为
，则以mv表达的守恒表达式如何？若开始时左球从
角开始摆下，碰后左球与右球粘在一起向右摆起的最大角度为
，以mv表达的守恒表达式又如何？
板书：实验方案3：两单摆小球碰撞，用机械能守恒定律计算速度。
师：这个方案的最大缺点是摆起的最大角度不好测量。
师：能不能再设计出一种间接测速度的方案，但不是测角度，而是测距离，以提高准确性？
教师不要急于给出答案，引导学生充分讨论，使学生的知识迁移能力、创新能力甚至想象力充分施展，最后挑选出最合理可行的方案：利用平抛的水平位移和飞行时间计算初速度。
板书：实验方案4：利用平抛的水平位移和飞行时间计算速度。
教师利用投影给出实验装置图，并提出思考题组织学生讨论：一斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端水平，槽口在水平地面上的投影点为O，若小球A从斜槽上的P点由静止开始滚下，经槽口后做平抛运动，在地面上的落点为P；现在在槽口前的水平部分安放一个与A球等大但质量较小的小球B，让A球仍从斜槽上的P点由静止开始滚下，A、B相碰后均经槽口后做平抛运动，A球在水平面上的落点为M，B球在水平面上的落点为N，若已知A、B两球的质量分别为、
，则碰撞中以mv表达的守恒表达式如何？
【课堂小结】
1．为什么想到碰撞中可能存在守恒量，以及可能的守恒表达式是什么。
2．学习课本提供的实验方案的设计思想，并由此尝试自主进行创新设计。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/fdd7628d26284b73f242336c1eb91a37f01132bf.html
文档为doc格式