1.5 弹性碰撞与非弹性碰撞 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦弹性碰撞与非弹性碰撞分类规律，以冰面运动员碰撞情境导入，衔接动量守恒知识，通过双线小球对比实验直观呈现机械能损失差异，搭建实验感知与理论推导的学习支架。 特色在于融合科学探究与科学思维，双线小球分组实验让学生自主观测机械能损耗（科学探究），弹簧三阶段模型推导培养分段分析能力（科学思维），分类对比表格梳理碰撞规律（物理观念），助力学生掌握双守恒应用，帮助教师高效突破教学重难点。

教学设计 课程名称 弹性碰撞与非弹性碰撞 选用教材 高中物理粤教版选修一 教学章节 第一章第五节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节是动量单元收尾综合课时，在前四节动量守恒、模型应用基础上，聚焦碰撞过程能量变化差异，划分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三类核心碰撞类型。开篇以冰面运动员碰撞生活化情境点明核心规律：系统合外力为零时动量一定守恒，机械能不一定守恒；借助双线悬挂小球实验装置开展观察与思考分组实验，通过裸刚性球、带尼龙套小球两种碰撞对比，直观呈现机械能损失差异；再利用弹簧连接两物体全过程示意图，分三个阶段、三类形变场景定量分析：弹簧完全弹性恢复对应弹性碰撞，动量、机械能双守恒；弹簧塑性形变、部分恢复对应非弹性碰撞，动量守恒、部分动能转化内能；弹簧完全失效无法恢复对应完全非弹性碰撞，两物体共速、动能损失最大。教材联立动量守恒、机械能守恒两套方程推导弹性碰撞末速度通用公式，对比三类碰撞的能量转化、运动结果，区分三类碰撞判定标准，搭建 “实验直观对比 — 弹簧模型分阶段理论推导 — 三类碰撞归纳对比” 完整教学链条，打通动量守恒与机械能守恒两大力学守恒规律的综合关联，为碰撞综合计算题建立分类解题框架。 二、学情分析 1. 知识储备 学生已经熟练掌握动量守恒定律成立条件、矢量列式规范，能够处理含相对速度、反冲、人船模型计算题；牢固掌握动能、弹性势能、机械能守恒判定条件，清楚机械能守恒只有重力、弹力做功时成立；具备联立两套方程代数推导基础；能识别悬挂小球实验装置、弹簧碰撞全过程示意图；生活中见过台球、橡皮泥碰撞、钢球碰撞等场景，可直观感知碰撞后反弹程度不同；但从未系统区分三类碰撞，不知道碰撞过程机械能损失的本质，不会联立动量、机械能两组守恒方程求解弹性碰撞，无法通过碰撞后运动状态快速判定碰撞类型，容易混淆两类守恒定律适用范围。 2. 能力现状 学生具备单一守恒公式列式、基础代数解方程能力，能够分组操作悬挂小球对比实验、记录碰撞后最大高度；可读图拆分弹簧压缩、恢复全过程三个阶段；能分组讨论实验机械能差异成因；但双守恒方程组联立推导能力薄弱，两套方程同时处理容易计算出错；分类归纳能力不足，不能自主整理三类碰撞动量、机械能守恒情况对比表格；定量计算动能损失时步骤规范性较差；知识综合迁移能力偏弱，难以把双守恒联立方法迁移到台球、小球碰撞综合题型。 3. 思维认知痛点 学生存在多处固有直观思维误区：认为只要系统合外力为零，动量、机械能一定同时守恒；直观判断碰撞反弹剧烈就是弹性碰撞，忽略形变塑性损耗内能；混淆完全非弹性碰撞特点，不知道共速是其标志性运动结果；联立方程时只会单独使用动量守恒，忘记弹性碰撞需要同步满足机械能守恒；认为碰撞过程动能只会减少，无法理解弹性碰撞动能无损耗、仅相互转移；不能区分碰撞内力弹力是否为弹性形变，无法判断机械能是否流失。 三、教学目标 1. 物理观念 学生能够牢固建立碰撞双守恒分层观念：一切碰撞系统内力远大于外力，动量必然守恒；机械能是否守恒由碰撞形变类型决定，弹性碰撞无塑性损耗，机械能同步守恒；非弹性碰撞产生塑性形变，部分动能转化内能；完全非弹性碰撞塑性形变最大，动能损失达到最大值。能结合双线小球对比实验、弹簧分阶段模型，从实验、理论两层维度区分三类碰撞，熟练掌握三类碰撞判定依据、运动特征、能量转化规律，建立动量守恒普适、机械能守恒有条件的完整碰撞力学观念。 2. 科学思维 借助双线悬挂小球实验装置图、弹簧连接物体碰撞全过程示意图构建碰撞能量变化数理模型，锻炼形变与能量转化抽象建模、分段过程矢量模型建构思维；联立动量守恒、机械能守恒两套方程分步推导弹性碰撞末速度通用表达式，提升双规律综合数理逻辑推理能力；对比三类碰撞动量、机械能、运动状态三组特征，训练分类归纳、辩证对比思维；拆分弹簧压缩、共速、恢复三阶段分步分析能量转化，培养分段拆解、逐阶段定量分析思维；突破单一动量守恒片面思维，建立动量、机械能双守恒综合分析碰撞的全面物理思维。 3. 科学探究 操作双线悬挂小球分组对比实验，分别记录刚性裸球、尼龙套小球碰撞后上升最大高度，自主对比两组实验机械能差值；小组讨论实验三大思考问题，归纳机械能损失成因、碰撞分类差异；跟随弹簧模型分三个运动阶段梳理动能、弹性势能、内能转化路径；自主联立两套守恒方程完成弹性碰撞末速度完整推导；分组整理三类碰撞对比表格，完整走完 “对比实验直观感知 — 弹簧模型分段理论分析 — 双守恒联立推导 — 三类碰撞归纳总结” 探究流程，同步提升实验观测对比、双方程数理推导、分类归纳三重探究能力。 4. 科学态度与责任 通过动量守恒普适、机械能守恒有条件的分层规律，体会物理学区分不同过程、分层界定守恒条件的严谨逻辑美；双线小球实验要求多次释放、精准标记高度，养成规范操作实验、如实记录观测数据、客观分析能量损耗的严谨实验素养；三类碰撞模型广泛应用于汽车防撞设计、台球运动、工业缓冲装置，体会力学碰撞理论支撑交通安全、体育、工业设备研发的实用价值；能运用三类碰撞分类知识分析生活碰撞场景，树立利用物理碰撞规律优化防护、规避碰撞伤害的安全责任意识。 四、教学重难点 重点 三类碰撞定义、核心特征区分：弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞； 碰撞通用规律：所有碰撞动量一定守恒，机械能不一定守恒； 弹性碰撞联立动量、机械能双守恒方程推导，末速度通用公式； 弹簧模型三阶段动能、弹性势能、内能转化过程分析。 难点 联立动量守恒、机械能守恒两套方程代数化简推导弹性碰撞速度； 准确区分三类碰撞机械能损耗大小，掌握完全非弹性碰撞共速特点； 分段分析弹簧压缩、共速、恢复全过程能量相互转化路径； 根据碰撞后物体运动状态快速判定碰撞类型，定量计算动能损失。 五、教学方法 分组对比实验探究法：双线悬挂小球两组碰撞对比实验，直观展示机械能损耗差异； 分段模型讲授法：依托弹簧碰撞全过程示意图，分 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三阶段拆解能量转化； 双方程联立推导讲授法：同步使用动量、机械能守恒推导弹性碰撞末速度； 分类表格对比教学法：整理三类碰撞动量、机械能、运动特点对比表格归纳规律； 讲练结合巩固法：搭配基础碰撞计算题，训练双守恒联立列式求解。 六、教学资源 弹性与非弹性碰撞双线小球实验装置图、弹簧连接物体碰撞全过程示意图；双线小球、尼龙套小球实验器材；高度刻度标尺；三类碰撞空白对比表格；分层课堂计算题；碰撞能量转化多媒体课件。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 生活情境导入，双线小球对比分组实验（7 分钟） 情境设问导入，衔接上一节动量守恒应用：冰面上两名滑冰运动员高速相撞后同时停下，碰撞全过程系统水平动量近似守恒，但碰撞前后总动能明显减小，说明碰撞仅满足动量守恒，机械能不一定守恒。本节课我们通过实验对比、弹簧模型理论分析，区分三类不同碰撞，理清碰撞过程动量、机械能两套守恒规律的适用情况。 展示弹性碰撞与非弹性碰撞双线小球实验装置图 完整介绍实验两组操作方案：第一组使用完全刚性裸球，两球碰撞无塑性形变；第二组小球外侧套尼龙搭扣套圈，碰撞发生粘连塑性形变。实验观测指标：记录碰撞后小球能够上升的最大高度，高度直接反映碰撞后剩余机械能大小。抛出教材观察与思考三个探究问题，布置四人小组实验操作、讨论任务：第一，两种碰撞总机械能是否相等，损耗能量转化为什么形式；第二，机械能不守恒是否违背机械能守恒定律；第三，归纳两种碰撞核心区别。 巡回指导各组实验操作，提醒将小球拉开至同一固定高度释放，多次重复实验减小偶然误差，精准标记小球反弹最高点刻度。各组完成观测讨论后统一梳理实验结论：刚性裸球碰撞反弹高度几乎不变，机械能无明显损耗；带尼龙套小球碰撞反弹高度大幅降低，部分动能转化为内能。分层讲解核心逻辑：机械能损耗根源是碰撞发生塑性形变，弹性形变可完全恢复则无能量流失，塑性形变永久变形会产生内能损耗。 布置同桌交流任务：台球桌面钢球对撞、橡皮泥落地粘连地面，分别对应哪一类小球碰撞实验，简单说明判断依据。 结合冰面运动员碰撞生活实例，听懂本节课核心探究目标：区分碰撞动量、机械能两套守恒条件，分清不同碰撞能量损耗差异，提前回忆动能、机械能守恒判定规则。 观看双线小球实验装置图，识别等长悬线、等高刚性小球实验结构，完整记录两组实验操作区别，明确反弹高度代表剩余机械能的观测思路，四人小组分工：释放小球、标记最高点、记录刻度、整理讨论结论。 分组完成两组小球碰撞实验，多次释放标记反弹高度，对比裸球、尼龙套小球上升高度差值，围绕三道探究问题充分交流，自主得出塑性形变损耗机械能、弹性形变无能量流失的实验结论，完整回答三道思考问题。 和同桌充分交流台球、橡皮泥两类生活碰撞场景，对应匹配两组小球实验现象，初步建立 “反弹高度高 = 弹性碰撞、粘连无反弹 = 非弹性碰撞” 直观认知。 环节二 弹簧分阶段模型，三类碰撞理论分层推导（18 分钟）  过渡衔接：双线小球实验直观展示机械能损耗差异，我们借助光滑水平面弹簧连接双物体模型，分三个运动阶段定量分析动能、弹性势能、内能转化，严格划分弹性、非弹性、完全非弹性三类碰撞，联立两套守恒方程推导弹性碰撞速度。  展示物体 A、B 弹簧碰撞全过程示意图 分层拆解 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三个运动阶段：Ⅰ 阶段弹簧刚接触开始压缩，A 减速、B 加速；Ⅱ 阶段两物体速度完全相等，弹簧压缩量达到最大值；Ⅲ 阶段弹簧恢复形变分离。设定模型条件：水平面光滑无摩擦，系统水平合外力为零，全程动量守恒；机械能变化由弹簧形变恢复能力决定，分三类场景讲解。  第一类：弹性碰撞，弹簧可完全恢复原长。Ⅰ 到 Ⅱ 阶段动能全部转化弹性势能，Ⅱ 到 Ⅲ 弹性势能全部转回动能，全过程无内能损耗，动量、机械能双守恒。分步联立两套守恒方程： 动量守恒 机械能守恒 联立化简得到末速度表达式 讲解公式物理含义，质量相等两球弹性碰撞交换速度。  第二类：非弹性碰撞，弹簧仅部分恢复，塑性形变产生内能。Ⅰ 到 Ⅱ 动能一部分转化弹性势能、一部分转化内能；Ⅱ 到 Ⅲ 弹性势能部分转回动能，持续产生内能损耗，动量守恒、机械能不守恒。  第三类：完全非弹性碰撞，弹簧塑性失效无法恢复，Ⅱ 位置两物体不再分离，全程共速运动，无 Ⅲ 恢复阶段。联立动量守恒得到共同速度 全程动能损失达到最大值，大量动能转化为内能。  四人小组讨论任务：完整整理三类碰撞对比表格，分别填写动量是否守恒、机械能是否守恒、碰撞后运动特点、能量转化形式，各组汇报后全班统一完善对比笔记。 承接教师过渡引导，看懂弹簧模型三阶段划分思路，清楚光滑水平面保证系统动量全程守恒，弹簧形变恢复能力决定机械能是否流失，准备分层记录三类碰撞规律。 观看弹簧碰撞全过程示意图，识别 Ⅰ 弹簧接触压缩、Ⅱ 共速最大形变、Ⅲ 弹簧恢复分离三个阶段，跟随教师同步梳理每一阶段动能、弹性势能、内能转化路径，拿出草稿纸联立弹性碰撞两套守恒方程，同步完成代数化简推导，记录两物体末速度通用公式，重点记忆等质量弹性碰撞交换速度结论。 分层记录三类碰撞核心特征：弹性碰撞双守恒、非弹性碰撞动量守恒有内能损耗、完全非弹性碰撞共速动能损失最大，自主区分塑性形变、弹性形变对机械能的影响。 四人小组分工完成三类碰撞对比表格填写，从守恒规律、运动状态、能量转化三组维度对比差异，推选小组代表全班汇报表格内容，统一修正完善三类碰撞判定标准。 各组代表依次分享表格对比结论，全班整理完整三类碰撞分层笔记，牢固掌握通过形变恢复能力、碰撞后运动状态判定碰撞类型的方法。 环节三 例题规范训练，课堂分层习题巩固（13 分钟） 过渡衔接：我们结合弹簧模型推导的公式，规范完成弹性碰撞定量计算题，同时区分三类碰撞解题思路差异，弹性碰撞需要联立两套守恒方程，非弹性、完全非弹性碰撞仅需动量守恒，结合动能差值计算机械能损耗。出示基础典型例题：光滑水平面质量 2kg 物体以 6m/s 撞击静止 4kg 物体，发生弹性碰撞，求碰撞后两物体速度；若碰撞后两物体粘连共速，计算系统损失的总动能，区分两类碰撞计算方法。分步示范解题流程：第一步判定碰撞类型、选取对应守恒方程；第二步规定正方向代入已知质量速度；第三步联立方程代数求解；第四步计算初末总动能差值，得出机械能损耗大小。 完整复盘本节课两层主线：双线小球对比实验直观感知机械能损耗；弹簧三阶段模型理论推导，分层划分弹性、非弹性、完全非弹性三类碰撞，联立双守恒方程得到弹性碰撞速度公式，全程不再重复完整联立推导步骤，只用文字叙述三类碰撞守恒核心规律与能量转化特点。 布置课堂四道分层练习题，明确全部习题贴合教材模型无拓展内容。 跟随教师过渡引导，区分三类碰撞解题方程差异，看懂弹性碰撞需要两套方程联立，完全 / 非弹性碰撞仅动量守恒即可求解，认真跟随教师同步完成例题列式、代入、计算全过程。 跟随教师完整复盘本节课全部核心知识点，串联双线小球对比实验、弹簧三阶段模型、三类碰撞双守恒规律三层内容，梳理 “所有碰撞动量守恒，机械能是否守恒看形变恢复能力” 完整逻辑链条，标记自己理解模糊的双方程联立化简、完全非弹性共速动能损失计算知识点。 独立准备课堂习题作答，理清每道题目对应的碰撞类型，确定使用单一动量方程还是双守恒联立方程。 环节四 课堂习题巩固、分层作业布置（5 分钟） 出示四道分层课堂练习题，全部贴合教材内容无额外拓展： ① 简述弹性碰撞、完全非弹性碰撞两处核心区别；为什么一切碰撞系统动量一定守恒？ ② 光滑水平面质量 3kg 小球以 5m/s 撞击静止同质量小球，发生弹性碰撞，运用双守恒公式求两球末速度。 ③ 质量 1kg 物体 4m/s 撞击静止 3kg 物体，发生完全非弹性碰撞，求共同速度与系统损失动能。 ④ 双线小球实验中，带尼龙套小球碰撞反弹高度降低，请结合三类碰撞规律说明机械能损耗去向。 巡视全班学生答题书写过程，针对普遍出现的双方程联立化简出错、完全非弹性碰撞忘记共速、碰撞类型判定模糊三类问题统一讲解点拨，随机抽取学生朗读自己的答案，全班共同订正完善文字表述与矢量计算步骤。 逐条梳理本节课典型认知误区并带领全班纠正：碰撞动量守恒则机械能一定守恒；碰撞反弹剧烈就是完全弹性碰撞；完全非弹性碰撞两物体碰撞后速度为零；弹性碰撞只需动量守恒列式求解。 布置分层课后作业：基础作业抄写三类碰撞对比表格、弹性碰撞两套守恒方程，独立完成四道课堂练习题；提升作业自主设计一道非弹性碰撞计算题，计算碰撞过程损失的动能；拓展实践任务：调研生活中弹性、完全非弹性碰撞实例各 2 个，结合本节课规律完整解释。 独立动笔完成四道分层课堂练习题，结合课堂两张配图回忆实验、弹簧模型相关知识点，完整规范书写每道题文字答案与矢量计算步骤，遇到思路模糊的题目快速翻阅课堂笔记，标记存疑题目等待教师统一讲解。 认真倾听同学作答、教师订正点拨，修正自己答题中碰撞类型判定错误、联立方程化简失误、动能损失计算遗漏的问题，规范物理术语书写，牢牢记住所有碰撞动量守恒、弹性形变无内能损耗两大核心要点。 在课本空白处记录本节课四类典型认知误区，配套文字写出正确碰撞守恒物理规律，规避碰撞综合计算题列式计算失误。 根据自身学习基础分层规划课后作业完成顺序，基础层优先识记三类碰撞对比表格与双守恒方程，提升层自主设计非弹性碰撞定量习题，拓展层调研生活碰撞实例，完成第一章动量全章综合梳理复习。 八、板书设计 c 九、课程思政 本节课依托弹性碰撞与非弹性碰撞双线小球实验装置图、弹簧连接物体碰撞全过程示意图两张教材素材，沿着分组对比实验直观观测、弹簧模型分段理论推导、三类碰撞归纳对比完整脉络落实育人目标；通过区分动量普适守恒、机械能有条件守恒的分层规律，让学生感受物理学严谨界定适用条件、分层分类研究物理过程的逻辑严谨之美；双线小球分组实验要求统一释放高度、多次测量、客观记录反弹高度，培养学生尊重实验事实、杜绝主观臆断、定量观测分析的求实实验科学素养；三类碰撞理论广泛应用于汽车防撞缓冲结构、体育台球器械、工业冲击减震设备设计，基础碰撞力学理论是交通安全防护、民用工业设备优化的核心支撑，引导学生体会高中物理知识直接服务民生安全、工业生产的实用价值；能运用三类碰撞判定规律分析车辆撞击、球类运动场景，树立主动运用物理规律理解安全防护设计、规避碰撞伤害的生命责任意识。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课依托两张教材配套配图，以双线小球对比实验切入，分层讲解三类碰撞守恒规律，学生能够记住动量守恒普适、机械能守恒有条件的核心结论，能区分完全非弹性碰撞共速特征；课堂存在多处明显短板：大部分学生双守恒方程组联立化简能力薄弱，代数变形计算容易出错，难以自主推导弹性碰撞末速度公式；容易混淆三类碰撞机械能损耗大小，看到两物体反弹就直接判定为弹性碰撞，忽略尼龙套塑性形变带来的能量流失；处理动能损失定量计算时，不会通过初末总动能差值求解；弹簧三阶段能量转化分段分析理解片面，无法完整梳理压缩、共速、恢复全过程能量流动；小组填写对比表格耗时较长，留给学生自主完成弹性碰撞联立计算的课堂时间不足；基础薄弱学生无法快速判定碰撞类型，做题时常盲目联立两套守恒方程。 2. 修改措施 课前印发简易预习单，提前回顾动量守恒、机械能守恒两套基础公式，标注 “弹性碰撞双守恒、非弹性仅动量守恒” 预习提示，压缩课堂理论概念铺垫时长；课堂放慢双方程联立化简节奏，分步拆解每一步代数消元变形，增设一对一随堂推导指导；新增两组随堂对比小题，专门训练碰撞类型快速判定、动能损失差值计算两类易错知识点；简化弹簧三阶段能量转化文字表述，用能量流向箭头直观展示动能、弹性势能、内能转化路径；压缩小组表格填写时长，提前给出表格基础框架，预留充足课堂时间让学生独立完成弹性碰撞完整联立计算；课后配套分层巩固习题，分基础单一动量方程、弹性碰撞双联立方程两类题型训练，第一章结束前安排一节全章动量综合复习课，串联冲量、动量定理、动量守恒、四类碰撞全套规律。 学科网（北京）股份有限公司 $