1.5 弹性碰撞和非弹性碰撞 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

1.5 弹性碰撞和非弹性碰撞 教学设计 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 · 第一章第5节 一、教材分析 本节是《动量守恒定律》整章的重要组成部分，是在动量守恒定律基础上对碰撞问题的深入分析。教材从生活碰撞现象出发，依据碰撞过程中机械能是否守恒，将碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞（含完全非弹性碰撞），并总结碰撞过程遵循的一般原则。 碰撞是动量守恒定律最典型的应用情境。本节通过区分不同碰撞类型、分析弹性正碰的规律，帮助学生建立从动量与能量两个角度综合处理碰撞问题的思路，既是动量守恒定律的深化，也为后续动量定理、能量综合问题的解决奠定基础，是高中物理力学综合应用的关键内容。 课标要求：理解弹性碰撞和非弹性碰撞，会从动量和能量两个角度分析碰撞问题。 二、学情分析 学生已掌握动量守恒定律及其守恒条件，学习了动能、机械能守恒等概念，具备用动量守恒和能量守恒分析问题的初步能力。但存在认知难点： （1）分不清弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞的区别，尤其对“动能损失”的理解不透彻； （2）只习惯从动量角度分析碰撞，不善于同时结合能量守恒列式； （3）判断碰撞是否合理（如动量守恒、动能不增加、速度合理）时容易出错。 三、教学目标（核心素养） 1. 物理观念 理解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的概念及区别，知道碰撞过程遵循动量守恒，明确不同碰撞类型中动能的变化情况。 2. 科学思维 学会从动量和能量两个角度分析碰撞问题，掌握碰撞合理性的判断方法；能通过动量守恒和动能守恒建立方程组求解弹性正碰的速度。 3. 科学探究 通过分析小车碰撞实验数据，比较碰撞前后动能的变化，归纳碰撞分类的依据，体会基于证据得出结论的科学探究方法。 4. 科学态度与责任 认识理想模型（弹性碰撞）在实际中的应用价值，感受物理规律对解释生产生活中碰撞现象的作用，培养严谨求实的科学态度。 四、教学重难点 重点：弹性碰撞与非弹性碰撞的概念；碰撞合理性的判断；弹性正碰速度的求解。 难点：从动量和能量两个角度综合求解碰撞问题；对完全非弹性碰撞动能损失最大的理解。 五、教学准备 PPT、碰撞演示实验视频（牛顿摆、小车碰撞、橡皮泥碰撞）、例题学案。 六、教学过程（45分钟） （一）情境导入（5min） 展示生活碰撞现象： 1. 牛顿摆（碰撞摆）：一个钢球撞出，另一侧一个钢球飞出，动能几乎无损失——这是弹性碰撞。 2. 橡皮泥碰撞：两个橡皮泥小球碰撞后粘在一起——这是非弹性碰撞。 提问：同样是碰撞，为什么有的动能几乎不损失，有的却损失很大？碰撞过程中能量是如何变化的？由此引出本节课——弹性碰撞和非弹性碰撞。 设计意图：通过对比明显的两类碰撞现象制造认知冲突，引出按能量变化对碰撞分类的问题。 （二）新知探究一：碰撞的分类（12min） 碰撞过程中动量一定守恒（系统不受外力或内力远大于外力时），但动能不一定守恒，据此可将碰撞分为三类。 1. 弹性碰撞：碰撞前后系统动能不变（机械能守恒）的碰撞。碰撞时形变能够完全恢复，系统动量守恒、机械能守恒。如钢球、玻璃球的碰撞（可近似看作弹性碰撞）。 2. 非弹性碰撞：碰撞前后系统动能减少（机械能不守恒、有动能损失）的碰撞。碰撞时形变不能完全恢复。如橡皮泥、木块之间的碰撞。 3. 完全非弹性碰撞：碰撞后两物体粘在一起以共同速度运动的碰撞，此时系统动能损失最大。 【三类碰撞】弹性碰撞：动量守恒，机械能（动能）守恒。 非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒，动能减少。 完全非弹性碰撞：碰撞后粘在一起共同运动，动能损失最大。 思考讨论：为什么完全非弹性碰撞动能损失最大？ （提示：碰撞后两物体同速，相对速度为零，形变最大、不能恢复，故动能损失最多。） （三）新知探究二：碰撞遵循的一般原则（13min） 判断一个碰撞是否可能发生，应遵循三个原则： 1. 动量守恒：系统碰撞前后总动量不变，p₁ + p₂ = p₁′ + p₂′； 2. 动能不增加：碰撞后总动能不能大于碰撞前总动能，Ek₁ + Ek₂ ≥ Ek₁′ + Ek₂′； 3. 速度要合理：碰后两物体的运动要符合实际，如不能发生第二次碰撞、速度方向合理等。 【碰撞判断原则】碰撞三原则：动量守恒、动能不增加、速度要合理。 三者同时满足，该碰撞过程才可能发生。 说明：动量守恒是碰撞过程的必然要求，动能不增加体现了碰撞中能量转化的方向性，速度合理保证了碰撞过程符合实际。 （四）弹性正碰的分析与应用（10min） 以两个小球发生一维弹性正碰为例，设质量分别为 m₁、m₂，碰前速度为 v₁、v₂，碰后速度为 v₁′、v₂′。由动量守恒和动能守恒可建立方程组： 动量守恒：m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′； 动能守恒：½m₁v₁² + ½m₂v₂² = ½m₁v₁′² + ½m₂v₂′²。 【例题 · 弹性正碰】在光滑水平面上，质量 m₁ = 1 kg 的球 A 以 v₁ = 4 m/s 向右运动，撞上质量 m₂ = 2 kg、静止的球 B，发生弹性碰撞。求碰后两球的速度 v₁′、v₂′。 解：规定向右为正方向。A、B 系统水平方向不受外力，动量守恒；弹性碰撞动能守恒。 动量守恒：1×4 = 1·v₁′ + 2·v₂′。 动能守恒：½×1×4² = ½×1×v₁′² + ½×2×v₂′²。 联立解得：v₁′ = −4/3 m/s（方向向左），v₂′ = 8/3 m/s（方向向右）。 说明：质量为 m₁ 的小球碰质量更大的 m₂，碰后 m₁ 反弹、m₂ 前进，这是碰撞速度“要合理”的体现。弹性正碰的速度公式可用动量守恒与动能守恒联立导出，不必死记。 三类碰撞的对比（表）： 碰撞类型 动量 动能 典型情形 弹性碰撞 守恒 守恒（不变） 钢球、玻璃球碰撞 非弹性碰撞 守恒 减少（有损失） 一般碰撞 完全非弹性碰撞 守恒 减少最多（损失最大） 碰撞后粘在一起 （五）课堂小结（3min） 师生共同梳理： 1. 三类碰撞：弹性（动量+动能守恒）、非弹性（动量守恒、动能减少）、完全非弹性（动能损失最大）； 2. 碰撞三原则：动量守恒、动能不增加、速度要合理； 3. 弹性正碰：动量守恒 + 动能守恒联立求解。 （六）当堂检测 + 作业布置（2min） 课堂小练： 1. 判断：弹性碰撞中系统动能一定不变？（√，弹性碰撞定义即动能不变） 2. 完全非弹性碰撞中系统动能损失最大，此时系统机械能是否守恒？（不守恒，动能转化为内能等） 课后作业： 1. 教材课后习题； 2. 思考：子弹打木块（子弹留在木块中）属于哪种碰撞？碰撞中损失的动能去哪了？为后续能量综合问题做准备。 七、板书设计 1.5 弹性碰撞和非弹性碰撞 1. 碰撞分类 　 弹性碰撞：动量守恒 + 动能守恒 　 非弹性碰撞：动量守恒，动能减少 　 完全非弹性碰撞：粘在一起，动能损失最大 2. 碰撞三原则：动量守恒；动能不增加；速度要合理 3. 弹性正碰： 　 m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′ 　 ½m₁v₁² + ½m₂v₂² = ½m₁v₁′² + ½m₂v₂′² 八、教学反思（课后填写） 1. 学生对完全非弹性碰撞“动能损失最大”理解较困难，可结合实验演示和数值对比帮助理解； 2. 弹性正碰联立方程组求解是难点，需规范板书推导过程，帮助学生掌握由动量、动能守恒列式的思路； 3. 碰撞三原则的判断需要结合典型例题训练，培养学生从动量和能量两个角度综合思考的习惯。 学科网（北京）股份有限公司 $