1.4 弹性碰撞与非弹性碰撞 教案 -2022-2023学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

第一章第4节弹性碰撞与非弹性碰撞 福清华侨中学物理组：何细梅 核心素养 【物理观念】通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞，了解正碰(对心碰撞)。 【科学思维】会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。 【科学探究】应用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决典型的碰撞问题，推导两个小球在弹性碰撞后的速度表达式。 【科学态度与责任】通过理解弹性碰撞与非弹性碰撞的概念及特点，并能应用两个定律解决与生产生活相关的实际问题。 教学重难点 【教学重点】会分析具体实例中的碰撞特点及类型。 【教学难点】会用动量、能量的观点解决生产生活中与一维碰撞相关的实际问题。 1、 【引入新课】 上新课之前我们先做一个有趣的实验：碰撞球。 实验器材：篮球和网球 实验步骤： （1）让篮球、网球分别从同一高度自由下落，记下它们弹起的高度。 （2）将篮球放在下面，网球放在篮球的上面，保持它们在同一竖直平面内，从相同高度处自由下落，观察篮球和网球弹起的高度。 思考与讨论： 1.小球被弹的很高，说明小球具有的能量大小如何？ 2.实验时，为什么将球叠放在一起，最上面的球就能被弹到很高的位置？ 为了解释这样一个问题，这节课我们将从能量的角度来继续研究碰撞前后系统总动能的变化情况。 二、任务一:探究碰撞前后动能的变化 同学们请看，今天我们要用这套实验装置来研究碰撞前后系统总动能的变化情况。为了进行对比实验，老师分别在三对滑块上安装了面团，橡皮泥和弹性碰撞架。我们用这三对滑块进行碰撞实验，研究碰撞前后系统动能的变化情况。为了得到碰撞前后系统的总动能，我们需要测量哪些物理量？如何测量呢？ 学生：需要用天平来测量滑块的质量，以及用光电门来测量滑块前后的速度。 为了让实验简单些，我们让运动的滑块去碰撞静止的滑块。并且实验前我已通过配重的方法，让6个滑块的质量相等均为0.17千克。请同学们观看实验过程。 这是实验得到的一组数据，我们一起来分析一下实验数据，首先我们来看碰撞前后系统的总动能，观察数据，我们发现三次碰撞中碰后主动能均比碰前要小。为了方便分析数据，我在表格的最后一列增加了一个数据，我把它称之为动能损失比，所谓动能损失比指的是损失动能与初动能的比值，再乘以100%。这样我们只要分析动能损失比就知道动能损失的情况了。 三次碰撞中动能的损失比是不同的，实验一中动能损失比为50.58%，动能损失在三次实验中最多。而实验三中装有两个弹性碰撞架的滑块，碰撞后动能损失仅为1.73%，在三次碰撞当中动能损失的最少。请同学们思考为什么三次碰撞中动能损失的越来越小呢？ 老师在课前将三个实验中碰撞的过程拍摄了下来，接下来我们来观察这三次碰撞的过程，请同学们仔细观察碰撞物体的形变及形变恢复情况。 为了让大家看得更清楚，我在课前将这三个视频分别导出了三张照片，第1张照片是碰撞刚开始时，第2张照片是碰撞形变最大时，第3张是碰撞刚结束时，我已将照片中右侧的滑块全部对齐，我们只要观察两个滑块之间的距离就能够知道物体形变及形变恢复的情况了，请同学们仔细观察。大家有什么发现啊？ 实验1的面团它的形变好像基本上没有怎么恢复，然后实验二橡皮泥形变恢复了一点，但是没有完全恢复，然后实验三弹性圈形变完全恢复。 大家的观察和他一致吗？结合刚才的实验数据，你有什么样的实验结论呢？ 动能的损失与形变恢复程度有关，就是形变恢复的越多，动能损失的越少。 三、任务二：建立弹性碰撞与非弹性碰撞的概念 大量实验均表明碰撞中动能损失的多少，与物体形变恢复程度有关，形变恢复的越多，动能损失的越少。同学们综合以上实验事实不难想象，如果碰后物体的形变能够完全恢复，我们则可以认为碰撞前后系统的总动能不变。 在物理学中，如果系统在碰撞前后动能不变，这类碰撞叫做弹性碰撞。 比如装有弹性碰撞架的两个滑块的碰撞，刚才实验中我们发现动能损失只有百分之一点几，动能损失很小，则可认为他们之间的碰撞是弹性碰撞，在宏观世界中像钢球之间，玻璃球之间发生碰撞时，发生的是微小形变且形变基本上完全恢复，动能损失很小，我们可以认为它们之间的碰撞是弹性碰撞。现代物理学研究表明，在微观世界中微观粒子之间的碰撞同样可以看成弹性碰撞，因此弹性碰撞的规律在微观粒子的研究中有着重要作用。 我们继续来看，如果系统在碰撞后动能减少，这类碰撞叫做非弹性碰撞。 比如装有橡皮泥的两滑块之间的碰撞，安全实验中汽车的碰撞，还有宇宙中天体之间的碰撞，都是典型的非弹性碰撞。 在非弹性碰撞中有一种特殊情况，理论分析和大量实验均表明，如果碰后物体完全不反弹而粘在一起，系统的动能损失最大，这种碰撞又称为完全非弹性碰撞。 比如我们实验1中粘有面团的两个滑块之间的碰撞，碰后面团的形变，基本上没有恢复，我们可以认为这一次碰撞是完全非弹性碰撞。需要强调的是完全非弹性碰撞，只是非弹性碰撞