1.4 弹性碰撞与非弹性碰撞 课时教案-2025-2026学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册

1.4《弹性碰撞与非弹性碰撞》课时教案

学科

物理

年级册别

高二上册

共1课时

教材

鲁科版选择性必修第一册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理选择性必修第一册第一章第四节，是动量守恒定律应用的核心环节。教材通过生活实例引入碰撞概念，区分弹性与非弹性碰撞，并结合实验数据和理论推导揭示动能是否守恒的本质差异。内容逻辑清晰，从现象到本质层层递进，为后续学习核反应、粒子物理等奠定基础。

学情分析
高二学生已掌握动量、动量守恒定律及能量相关知识，具备一定的抽象思维能力。但对“理想化模型”理解尚浅，易混淆动能守恒与动量守恒条件。生活中虽常见碰撞现象（如台球、汽车追尾），却缺乏定量分析意识。部分学生在矢量运算和方程联立求解方面存在障碍，需通过情境引导和合作探究突破难点。

课时教学目标

物理观念
1. 理解弹性碰撞与非弹性碰撞的定义，能从动能是否守恒的角度进行区分；掌握完全非弹性碰撞的特点及其最大动能损失的物理意义。
2. 能运用动量守恒定律和机械能守恒定律解决一维弹性碰撞问题，理解碰撞前后速度交换的特殊情形。

科学思维
1. 通过分析实验视频与数据，建立“理想弹性碰撞”模型，培养模型建构能力；对比不同碰撞过程中的动能变化，发展比较、归纳与推理能力。
2. 在解决典型例题中，训练使用守恒思想处理复杂物理问题的能力，提升数学工具应用于物理情境的素养。

科学探究
1. 观察气垫导轨上的滑块碰撞实验，记录并分析碰撞前后的速度数据，验证动量守恒与动能变化规律。
2. 设计简易实验方案判断生活中常见碰撞属于何种类型，体现从物理视角观察世界的意识。

科学态度与责任
1. 认识交通碰撞事故中安全带、安全气囊的作用原理，增强交通安全意识和社会责任感。
2. 感悟科学家如何通过理想化模型揭示自然规律，体会物理学简洁而深刻的美。

教学重点、难点

重点
1. 弹性碰撞与非弹性碰撞的概念辨析
2. 动量守恒在碰撞问题中的应用

难点
1. 一维弹性碰撞速度公式的推导与理解
2. 区分动量守恒与动能守恒的不同适用条件

教学方法与准备

教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
 

教具准备
多媒体课件、气垫导轨实验视频、两辆玩具小车、橡皮泥、白纸、刻度尺

教学环节

教师活动

学生活动

情景导入：生活中的碰撞
【5分钟】

一、创设真实情境，激发认知冲突

（一）、播放三段生活视频：
1. 台球桌上母球撞击目标球后分开运动；
2. 两个磁性滑块在气垫导轨上相碰后弹开；
3. 一辆玩具小车撞上另一辆静止小车，两者粘连一起滑行。
提问：“这三种碰撞有什么共同点？又有哪些显著区别？”
引导语：“它们都发生了接触作用，时间极短，内力远大于外力——这就是我们所说的‘碰撞’。但你有没有注意到，有的碰完还‘精神抖擞’，有的却‘抱在一起’走不动了？这其中藏着怎样的物理密码？”

（二）、提出驱动性问题：
“同样是碰撞，为什么有的物体能‘反弹’，有的却会‘粘住’？能量去哪儿了？是否存在一种‘完美’的碰撞？”
过渡语：“今天，我们就化身‘碰撞侦探’，用动量和能量这两把钥匙，揭开弹性与非弹性碰撞的秘密面纱。”

1. 观看视频，描述现象差异。
2. 思考并回答教师提问。
3. 提出初步猜想。
4. 进入探究状态。

评价任务

现象描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆

设计意图

以贴近生活的视频切入，唤醒已有经验，制造认知冲突，引发深度思考。通过设置悬念式问题，构建贯穿全课的“侦探探案”故事线，增强课堂吸引力与探究动机。

新知建构：概念辨析与分类
【12分钟】

一、基于实验，提炼核心概念

（一）、展示气垫导轨实验数据表：

1. 分组计算动量与动能。
2. 讨论分类依据。
3. 归纳碰撞类型特征。
4. 理解能量转化过程。

引导学生计算各次碰撞前后系统的总动量p = m₁v₁ + m₂v₂ 和总动能Eₖ = ½m₁v₁² + ½m₂v₂²，填写表格最后一列。

（二）、组织小组讨论：
1. 哪些实验中系统动量守恒？哪些动能也守恒？
2. 根据动能是否守恒，可将碰撞分为哪两类？
3. 第三次实验为何动能减少？减少的能量转化为了什么形式？
教师巡视指导，提示学生注意矢量方向与能量转化路径。

（三）、归纳定义，板书分类：
1. **弹性碰撞**：碰撞过程中系统动量守恒且动能守恒。实际中仅近似存在（如原子、分子间碰撞）。
2. **非弹性碰撞**：动量守恒，但动能不守恒，部分转化为内能、声能等。生活中绝大多数碰撞属于此类。
3. **完全非弹性碰撞**：碰撞后两物体粘合为一体，以共同速度运动，动能损失最大。举例：子弹打入木块未穿出、车祸中车辆变形卡死。
强调：“动量守恒是普遍成立的，而动能守恒只是理想情况。”

评价任务

数据处理：☆☆☆
概念归纳：☆☆☆
能量转化：☆☆☆

设计意图

通过真实实验数据让学生亲历“发现—分析—归纳”的科学过程，强化证据意识。借助对比分析突出动量与动能守恒的不同地位，深化对“守恒律层级性”的理解。完全非弹性作为极端案例，帮助学生把握动能损失的极限情形。

模型推演：弹性碰撞速度公式
【15分钟】

一、数学建模，揭示规律本质

（一）、设定理想情境：
“设想两个质量分别为m₁、m₂的小球，在光滑水平面上发生正碰。碰前速度为v₁₀、v₂₀，碰后为v₁'、v₂'。若为弹性碰撞，请列出满足的物理规律。”
引导学生写出：
① 动量守恒：m₁v₁₀ + m₂v₂₀ = m₁v₁' + m₂v₂'
② 动能守恒：½m₁v₁₀² + ½m₂v₂₀² = ½m₁v₁'² + ½m₂v₂'²

（二）、指导代数推导：
1. 将动能守恒式两边乘以2得：m₁v₁₀² + m₂v₂₀² = m₁v₁'² + m₂v₂'²
2. 移项整理：m₁(v₁₀² - v₁'²) = m₂(v₂'² - v₂₀²)
3. 因式分解：m₁(v₁₀ - v₁')(v₁₀ + v₁') = m₂(v₂' - v₂₀)(v₂' + v₂₀)
4. 由动量守恒式变形：m₁(v₁₀ - v₁') = m₂(v₂' - v₂₀)
5. 两式相除（假设v₁₀ ≠ v₁' 且 v₂' ≠ v₂₀）得相对速度关系：
　　v₁₀ - v₂₀ = -(v₁' - v₂')
即：**接近速度等于分离速度**

（三）、联立方程求解：
将上述结果与动量守恒联立，解得：
v₁' = [(m₁ - m₂)v₁₀ + 2m₂v₂₀] / (m₁ + m₂)
v₂' = [2m₁v₁₀ + (m₂ - m₁)v₂₀] / (m₁ + m₂)
强调：“这是理想条件下的一维弹性碰撞通解，记住它不如理解它的来源。”

（四）、特例分析，加深理解：
 

1. 列写守恒方程。
2. 参与推导过程。
3. 理解公式物理意义。
4. 分析特殊情形。