2022安徽省普通高中物理新課程新教材優質選課及精品課案例征集活動課時教學設計教材版人教高中物理教材教學章節選修必修第一卷第一章《1.5彈性碰撞與非彈性碰撞》任教老師顏阿偉學校名稱合肥168中學2022年11月16日2022年安徽省普通高中物理新課程新教材精品選課暨精品課征集活動1 1《1.5彈性碰撞與非彈性碰撞》 《非彈性碰撞》教學設計 1.教材分析。本部分教學內容選自人民教育出版社出版的高中物理選修教材第一卷第一章第五節。前四部分本章從實驗到理論,再從理論到實驗,從多個角度解釋了“動量”、“動量定理”、“動量守恒定律”等概念和定律。 后兩節是基于“動量守恒定律”在兩個真實、典型且有意義的情境中的應用。 前面的課程主要是從能量和動量的角度研究碰撞現象。 同學們對碰撞物種的能量變化也有了一定的了解,但還不清楚。 本節進一步研究碰撞能量的變化。 教材的編寫思路是以碰撞實例為載體,通過實驗探索和理論推導,建立真實情況下彈性碰撞和非彈性碰撞的相關概念。 教科書創造了兩個小球之間彈性碰撞的場景。 首先引導學生應用動量守恒定律和機械能守恒定律解決典型的碰撞問題,推導出兩個小球彈性碰撞后的速度表達式。 隨后,引導學生從一般到特殊討論了三種特殊情況,得到了兩個球碰撞后最終速度的表達式,便于快速判斷和評估與生活中實際現象對應的碰撞類型。
通過彈性碰撞和非彈性碰撞的討論,學生可以進一步加深對動量和動能的理解,提高運動、相互作用和能量的概念。 二、學業情況分析 1.已有基礎。 經過前面四節的學習,學生已經從動量的角度討論和分析了各種碰撞現象,例如汽車的碰撞、隕石的撞擊,從實驗到理論,再從理論到實驗。 等人建立了動量變化與相互作用時間累積之間的關系。 另一方面,通過上一節驗證動量守恒定律的實驗,培養了學生獨立設計實驗方案、收集和分析數據進行科學探究的能力。 2.需要改進。 雖然學生對碰撞過程中能量的傳遞和轉化有了一定的了解,但還不清楚。 同時,他們對碰撞過程的動力學分析相對陌生,不了解彈性碰撞規律。 另外三、教學目標 (1)物理概念 通過研究碰撞前后的能量變化,了解彈性碰撞和非彈性碰撞的碰撞特性,并能對生活中的碰撞進行分類。 (2)科學思維通過非彈性碰撞和彈性碰撞的案例分析,提高模型構建、抽象概括、演繹推理和科學論證的能力,學會用能量、動量和動力學視角解釋一維碰撞問題。 (3)科學探究通過實驗探究和碰撞球實驗裝置的制作,讓學生體驗觀察現象、提出問題、實驗探究、理論推導的科學探究過程,提高學生的創新能力和實踐能力。 (四)科學態度和責任感 通過本課的學習,我們將了解碰撞的科學性,了解生產生活中的各種碰撞現象,樹立珍惜生命、保護資源等社會責任感。
四、教學重點和難點 教學重點: 1.了解彈性碰撞和非彈性碰撞的物理過程和特點; 2. 2.能夠運用機械能守恒定律和動量守恒定律解決生產、生活中的實際問題。 教學難點:1.掌握碰撞過程的動量、能量及動力學分析; 2.彈性碰撞定律的推導與理解。 5. 教學資源 實驗設備:軌道、小車、光電門和數字定時器、自制碰撞實驗裝置等多媒體資源:實驗視頻、多媒體課件 6. 方法與策略 本部分主要采用基于大單元的問題導向教學教學方法,具體教學方法包括:問題引導、實驗探究、小組討論、合作學習、教學與評價等。現實問題始終是教學的主線,在提出驅動性問題和每項任務的學習; 探究規則體現在學生自主設計實驗方案; 學生通過小組討論的方法獲得彈性碰撞和非線性。 彈性碰撞概念的內容; 教師的教學和評價貫穿于項目實施的各個補充環節。 以問題為導向的教學方法最大限度地保證了學生的主體性和教師的主導性,整個教學過程始終圍繞教學目標展開。 7.教學過程教學線索設計本課大體上貫穿兩條線索。 首先是物理概念線索:碰撞前后能量變化的實驗探索→彈性碰撞和非彈性碰撞的概念特征→具體碰撞過程分析→碰撞實例動量和總能量分析; 科學思維與探究線索:觀察現象→提出問題→實驗探索→抽象概括→演繹推理→反思交流→深入拓展。
學習活動旨在創造真實情境,引入新課程【創造情境】從宇宙中的天體到生活中的物體再到微觀世界中的粒子,碰撞無處不在。 學生活動:舉例生活中的碰撞現象,回顧碰撞的特點以及碰撞中蘊含的物理定律。 駕駛問題:物體碰撞時動量守恒。 那么,能量在各種碰撞中如何變化呢? 設計意圖是一方面回顧現有知識,另一方面啟發學生從能量角度思考碰撞問題,從而引出駕駛問題,從而引入新的課程。 任務1:實驗探索碰撞前后動能的變化。 問題情況:本章第一節教材圖1.1-2所示的實驗中,移動滑塊與靜止滑塊發生碰撞。 碰撞后,兩車粘在一起并移動。 獲取實驗數據進行分析。 【問題1】根據實驗數據,可以得出碰撞后總動能減小的結論。 是否存在碰撞前后系統總動能保持不變的情況? 學生活動:發表自己的看法 【問題2】請學生思考以下問題,分組討論如何設計實驗方案: 1. 仔細觀察實驗裝置和碰撞過程,思考一下,什么是實驗裝置?總動能減少的原因是什么? 2、如何改進實驗裝置,使總動能的損失最小化? 師:播放碰撞的慢動作視頻。 學生:繼續討論問題2,從改進碰撞裝置的角度設計實驗方案。 學生可以總結一下使用面團彈簧或其他碰撞物體的方案:老師在這三組滑塊上安裝了面團、橡皮泥、彈性碰撞框作為碰撞介質。 我們可以依次對氣墊導軌進行3次碰撞。 實驗。
面團橡皮泥彈性碰撞架的設計意圖是通過分析第一課的實驗數據,創設一個問題情境,引導學生思考碰撞中的能量變化。 通過問題1和問題2,引導學生做出猜想,完善實驗方案,進行實驗探索。 讓學生體驗觀察現象、提出問題、進行實驗研究的科學探究過程。 培養學生的科學思維和科學探究能力。 【問題3】為了獲得碰撞前后系統的動能,我們需要測量哪些實驗數據? 如何測量? 學生:需要測量碰撞前后汽車的質量和速度。 質量可以用天平測量,速度仍然可以用光電門測量。 師:我已經提前量好了滑塊的質量,填在表中。 只要我們測出擋光時間,輸入到表中,就可以計算出碰撞前后的總動能。 教師活動:指導學生依次進行三個實驗,通過excel表格計算碰撞前后系統的總動能以及動能損失比例。 學生活動:2名學生進行實驗操作,1名學生在電腦上記錄實驗數據,其他學生在學習任務單上記錄實驗數據。 【實驗一】使用帶有面團的滑塊進行碰撞實驗 【實驗二】使用帶有橡皮泥的滑塊進行碰撞實驗 【實驗三】使用帶有彈性碰撞框的滑塊進行碰撞實驗 設計意向通題3指導學生在教師的指導下進行數據測量和實驗操作,培養學生的動手能力。 通過設計對比實驗,我們探索了不同條件下損失的動能量。 【問題4】分析實驗數據,你發現了什么? 為什么三個實驗中動能損失越來越少? 學生活動:猜測可能與碰撞介質的變形有關。 實驗1 實驗2 實驗3 教師活動:播放3次碰撞的慢動作視頻,引導學生觀察碰撞介質的變形及變形恢復。
學生結論:3次碰撞中,碰撞介質變形明顯,但面團的變形基本沒有恢復,橡皮泥的變形部分恢復,彈性碰撞架的變形基本完全恢復。 面團變形恢復最少,碰撞中損失的動能最多; 彈性碰撞架恢復變形最多,碰撞時損失的動能最少。 這表明碰撞中損失的動能的大小與碰撞介質的變形恢復程度有關。 變形恢復越多,動能損失越少。 指導:根據上述實驗,不難想象,如果碰撞的變形能完全恢復,則可以認為碰撞前后系統的動能不變。 設計意圖是通過問題4引導學生分析數據物理資源網,并讓學生觀察碰撞過程的慢動作視頻,引導學生找到動能損失與變形恢復之間的關系,逐步構建彈性模型碰撞,從而建立彈性碰撞和非彈性碰撞的概念。 鋪平道路并了解碰撞的本質。 任務2:建立并理解彈性碰撞和非彈性碰撞的概念。 根據碰撞前后總動能的變化,提出彈性碰撞和非彈性碰撞的概念,并舉例討論,加深理解。 在物理學中,如果系統在碰撞前后動能保持不變,則這種類型的碰撞稱為彈性碰撞。 老師舉了個例子:在宏觀世界中,鋼球、玻璃球、臺球碰撞時,動能損失很小,它們的碰撞可以視為彈性碰撞。 在微觀世界中,分子、原子和更小的粒子之間的碰撞也可以視為彈性碰撞。 如果碰撞后系統的動能減少,則這種碰撞稱為非彈性碰撞。 小結:比如,沾滿橡皮泥的滑塊碰撞、安全實驗中的汽車碰撞、天體碰撞等都是典型的非彈性碰撞。
非彈性碰撞中有一個特殊情況。 理論分析和大量實驗表明,如果物體碰撞后完全粘在一起而不反彈,則系統的動能損失將是最大的。 在物理學中,我們的碰撞被稱為完全非彈性碰撞。 例如,在含有面團的滑塊碰撞中,碰撞后兩者粘在一起,面團變形基本不恢復,可以認為是完全非彈性碰撞。 設計意圖是通過總結碰撞中的動能變化,從能量的角度對碰撞進行分類,實現抽象和概括的科學方法。 【問題5】非彈性碰撞中系統損失的動能去哪里了? 生:轉化為熱能 總結:是的,主要是轉化為物體的內能。 人們觀察到彗星碎片與木星猛烈相撞。 碰撞引發的爆炸相當于數億顆原子彈的威力,木星上留下的“傷痕”幾乎有地球直徑那么大。 雖然我們在生活中利用很多碰撞來改善我們的生活,但有些碰撞會給我們的財產甚至生命帶來損害。 例如,我們必須注意交通安全,避免碰撞。 設計意圖是通過問題1加深學生對非彈性碰撞中能量轉化的理解,提高學生的安全意識,培養學生的科學態度和責任感。 [例子] 假設實驗1中粘有面團的兩個滑塊的質量為m。 打開氣泵后,讓一個滑塊以速度v與另一個靜止的滑塊碰撞。碰撞后高中物理彈性碰撞視頻講解,兩個滑塊粘在一起,繼續以一定的速度向前移動。 請計算碰撞后系統損失的總動能是多少? 學生活動:進行理論推導,得出結論:碰撞后的總動能E k′ = 1/2Ek,碰撞后系統的總動能小于碰撞前系統的總動能。
教師活動:投影屏幕顯示學生的計算結果高中物理彈性碰撞視頻講解,并根據以往的實驗數據引導學生將理論推導與實驗數據進行比較。 設計意圖理論推演了碰撞前后動能是否發生變化,加深了概念的理解和規律的應用。 將理論推導結果與實驗數據進行比較,讓學生體會到理論與實驗的統一。 (4)任務三:彈性碰撞實例分析體驗活動1 在桌面上,向某個方向彈出一個鋼球,與另一個相同的靜止鋼球碰撞。 要求:靜止的球碰撞后沿同一方向運動。 活動結束后,學生們分享了他們的成功秘訣。 教師活動:介紹積極碰撞的概念。 設計意圖是讓學生通過體驗活動1中的小游戲,建立積極碰撞的概念。 體驗活動2 在桌子上,向某個方向彈出一個鋼球,與另一個相同的靜止鋼球碰撞。 要求:靜止的球碰撞后沿同一方向運動。 活動結束后,同學們分享了自己的實驗現象。 教師活動:總結現象并提出以下驅動性問題:由于質量不同而發生彈性碰撞的兩個物體的碰撞后速度有何特點? 設計意圖是讓學生通過體驗活動2觀察三種不同的一維彈性碰撞現象,思考質量對速度的影響,為彈性碰撞實例分析做好準備。 創設一種情況:物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2發生彈性碰撞后,它們的速度分別為v1'和v2'。 請推導出碰撞后速度v1'和v2'的表達式。 'v1' v1 學生活動:根據動量守恒定律和碰撞前后系統動能恒定,推導出碰撞后球的速度表達式: 教師活動:投影屏幕顯示引導學生討論以下兩個問題。
【問題6】你能用表達式解釋活動2中的實驗現象嗎? 學生活動:討論并給出結論:若m1=m2?v1'=0,則v2'=v1表示兩者的交換速度; 如果m1>m2?v1'>0,v2'>0,則說明碰撞后兩者相同。如果m10,則說明碰撞后m1反彈,m2與v1移動方向相同。 教師活動:利用不等質量滑塊在氣墊導軌上的碰撞來演示這三種情況。 設計意圖:一個人在滑板車上滑行,一個人在滑板車上滑行【問題7】討論m1>>m2,m1 m2,然后v1? = v1,v2? = 2v1(質量大的球速度不變,質量小的球以2倍速度運動) (2)如果m2>>m1,則v1? =-v1,v2? = 0 (質量小的球以原來的速度反彈,質量大的球不動) 教師活動:用乒乓球和臺球演示(1)和(2)。 設計意圖引導分析表達式得到三種情況下的碰撞后速度關系,并解釋活動二中的實驗現象。培養學生解釋和交流的能力。 【問題8】如果m2也有碰撞前的速度,那么我們應該在這兩個表達式中添加什么來計算碰撞后的速度? 學生:需要考慮它的初動量和初動能。 老師:只要發生彈性碰撞,我們就可以根據系統動量守恒和碰撞后總動能保持不變來解決問題。 需要提醒的是,動量守恒方程是矢量形式,建立該方程時必須注意速度的符號。
然后研究質量差異很大的物體之間的碰撞,最后在實踐中檢驗該理論。 培養學生的證據意識。 (五)課堂小結本課我們首先通過實驗探究了碰撞中總動能的變化,然后從能量的角度將碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞。 最后,我們分析了一個彈性碰撞的例子,并用計算結果解釋了生活中一些有趣的碰撞現象。 八、黑板設計 九、學習評價與作業設計 【評價設計】 1、過程評價:對學生在課堂教學活動中的表現進行及時的評價和反饋,糾正學生的學習行為,促進學生的學習進步。 評價依據包括:學生口頭報告、實驗操作過程、實驗報告完成情況等。 2.形成性評價:評價學生課后活動作業和課堂作業【作業設計】定量探究臺球打球后的速度關系擊打乒乓球; 完成課本上的課后練習。 十、教學反思 1、根據課程標準、教材和學業情況,始終以學生為中心進行教、學、評一體化設計,注重學科核心能力在學習活動中的落實; 實施基于PBL教學法的教學,引導學生提出問題、進行實驗、得出結論、最終應用規則。 從教學效果來看,本課通過多次學習活動,很好地實現了教學目標,突破了教學重點和難點。 2. 為了讓學生體驗概念生成過程,設計了實驗方案,通過三種不同的介質進行碰撞,并利用手機的慢動作功能拍攝碰撞過程并觀察介質的變形在碰撞過程中。 本實驗首先研究了三種不同彈性介質的碰撞,發現三種碰撞中損失的動能持續減少。 然后通過合理的外推,逐步構建出理想的彈性碰撞模型,充分讓學生體驗到通過實驗的體驗。 構建模型和建立概念的過程。
通過對慢動作視頻中介質變形及變形恢復過程的觀察和研究,學生可以了解碰撞的本質以及碰撞中能量轉換的規律,同時培養學生觀察和分析的能力問題。 另外,通過控制三對滑塊在碰撞前具有相同的質量和相同的初速度,消除了質量和速度對動能損失的影響,只考慮了碰撞介質對動能損失的影響。研究過,很好地體現了控制變量的實驗思想。 總而言之,這個實驗計劃不僅彌補了教材實驗的不足,而且很好地培養了學生的科學思維、科學探究等核心素質。 3.本部分有大量可擴展的內容,豐富的生活實例,還有很多演示實驗可供選擇。 教師要懂得選擇,不能貪得無厭。 要始終把握教學主線,控制教學難度和深度,突出教學重點,突破教學難點。