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1、实验：探究碰撞中的不变量教案一、教材分析 动量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。它不仅适用于宏观物体的低速运动，也适用于微观物体的高速运动。小到微观粒子，大到宇宙天体，无论内力是什么性质的力，只要满足守恒条件，动量守恒定律总是适用的。动量守恒定律是研究粒子所必需的知识，它在生产、生活和科学技术中也得到了广泛的应用，如：喷灌装置、章鱼的运动、火箭发射等。 普通高中物理课程标准对于本节的要求是“探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。”这便要求教师通过课堂的演示实验让学生总结出物体在弹性碰撞过程中的一些特点，并且能简单得区分出弹性碰撞和非弹性碰撞。实验：探究碰撞中的不变量是人
2、民教育出版社2005年出版的普通高中课程标准实验教科书选修3-5第一章第一节的内容。本节从探究实验引导学生了解到了碰撞过程中的一些特点，为以后动量守恒定律的学习奠定了基础。教材中先通过猜想假设出碰撞前后的不变量，然后结合具体实际问题，依据三个参考案例实验总结确定出不变量到底是哪些，让学生体验了探究自然规律的过程。教材的核心是引导学生经历对碰撞问题的探究过程，使实验技能训练与科学探究过程有机的结合起来。二、学情分析通过前面教材的学习，学生已经知道物体通过相互作用而产生的运动类型，物理研究方法和遵循的一般规律，这为本节的教学奠定了一定的基础。高中生已经具备了初步的实验设计能力和实验操作技能，而且对
3、物体通过碰撞这种相互作用从而产生的运动类型也有生活感性认知。但是在探究过程中，学生对于不变量的猜想可能比较困难，这不同于以往学习中的规律猜想，如果没有一定的逻辑推导，提出物体的质量和速度的乘积是不变量是很突兀的。教师应由浅入深，设计出符合学生认知水平的逻辑猜想台阶，让学生更好地进行总结反思和实验探究，得到正确的结论。三、教学目标1.知识与技能(1)了解碰撞的不同类型以及一维碰撞的实验方法。(2)知道探究碰撞中的不变量的基本思路。(3)知道质量改变的方法，掌握物块碰撞前后速度的测量方法。(4)掌握实验数据的处理，合理分析实验数据与猜想相结合，并得出结论。2.过程与方法(1)通过分析教材提供的实验
4、方案，学习根据要求设计实验的方法。(2)通过实验过程提高学生的动手操作能力和分析数据的能力。(3)经历实验探究过程，发现规律，让学生认识到科学探究的意义。3.情感态度与价值观(1)通过实验的设计，提高学生的创新意识，培养学生实事求是的科学态度，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。(2)通过科学的实验探究，培养学生的科学探究兴趣以及主动与他人合作的精神。四、教学重点及难点 重点：碰撞中的不变量的探究。 难点：实验数据的采集和处理，实验方案的设计。五、教学方法 本节内容主要通过实验法，探究法，讨论法从实验观察现象入手，引导学生确定研究的问题，并提出猜想，进而引导学生提出多种实验方案，并按选定的实验方案收
5、集实验数据得出结论。六、教学媒体 计算机，投影仪，教科书，PPT课件，实验器材，如：气垫导轨，光电计时器，滑块，打点计时器等。七、教学设计过程1.创设问题情境，引入新课教学 “实验 探究碰撞中的不变量”是对于动量守恒定律的引入，教师可以结合学生原有认知结构，利用实验创设问题情境，让学生主动地得到关于碰撞前后具体的不变量。【事件1】教师利用视频软件向学生播放一些关于碰撞的视频，例如：1汽车相撞；2天体星体碰撞等，激发学生探究碰撞现象的兴趣。进而让学生列举出自己了解的碰撞实例，教师说明：碰撞是一种非常常见的现象，且种类繁多、变化多端。【事件2】教师提出问题：生活中碰撞现象是极其普遍的，大到天体小到
6、微观粒子。因此，碰撞很值得我们去研究。通过刚才的视频我们发现碰撞中物体的运动状态总是要改变的，那么物体的运动状态的改变有什么规律呢？今天我们就一起来探究这个问题。【教学设计说明】通过视频的播放，为学生创设问题情境，引发学生探究实验规律的积极性，从而引入本节教学。2.讲授新课 (1)利用实验展示不同情况的碰撞【事件3】教师提出：生活中的碰撞变化多端，我们从最简单的一位碰撞进行研究。并指明：两个物体碰撞前后均沿同一条直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。演示实验：如上图所示，将不同质量的小球之间进行碰撞，观察出以下实验现象： 现象1：质量相等的A、B球(mA=mB)，B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞
7、，A球静止，B球差不多以A球的速度摆起，摆到与A初时等高。 现象2：质量不等的A、B球(mAmB)，B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，A，B球以不同速度摆起。 现象3：乒乓球A与铁球B球(mAmB)，B球静止，拉起乒乓球A，放开后A与B碰撞，乒乓球A差不多以等速反弹摆起，B球仍静止。事件4教师提出问题：两个物体碰撞前后速度都发生变化，变化的情况却又各不相同。现象1、现象3提示我们碰撞前后有什么物理量保持不变？现象2更加一般性，是否也具有共同的“不变量”呢？教学设计说明利用对比实验，结合物理学的研究方法，揭示碰撞中运动状态变化的特点，引导学生提出自己的猜想。 (2)根据实验情景，提出问题猜想
8、事件5碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”，而且我们要找的是在各种碰撞情况下都不改变的不变量量。根据猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，引导学生进行以下猜想：速度在碰撞前后是变化的，但一个物体的质量与他的乘积是不是不变量？如果不是，那么，两个物体各自的质量与自己的速度乘积之和是不是不变量？或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不是不变量？或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？事件6教师引导学生提出猜想后，让学生自己设计表格处理实验数据，并将学生每四个人分成一组，利用实验器材(气垫导轨和光电记时器)进行自主实验，实验过
9、程中，教师巡查，发现问题及时指导，并将实验数据记录到如下的表格中：教学设计说明根据简单的实验引导学生提出合理的猜想，不至于太过仓促，并使学生能够更好的理解实验内容。教师通过分组的方式让学生进行自主实验，提高了学生的动手能力和团结合作精神。 (3)分析实验数据，总结实验规律事件7待同学们整理好实验数据后，让同学们分组讨论自己的实验结论，并总结出碰撞前后的不变量是什么。事件8通过学生的总结，教师得出结论：物体碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度乘积之和是不变的，实际上并不是一次实验，就能得到一个规律，但是会对我们的猜想增添几分把握。只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都与事实一致时，猜想才能成
10、为一条定律。教学设计说明学生经过自己的分析讨论得到自己的实验结论，结合教师总结的最终结论，可以更好的牢记实验过程，掌握实验原理。3.课堂小结教师引导学生从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度总结本节课的收获，教师进行点评和总体归纳。教学设计说明让学生自主总结本节收获，充分调动学生主动性，教师给予引导让学生不光从知识角度总结，而且应重视科学的研究思路与方法，要逐步养成科学的情感态度与价值观。4.布置作业 (1)根据教材中参考案例二和参考案例三进行实验，观察实验结论是否与之前的结论一致。 (2)课后练习题1. (3)通过互联网或翻阅资料查找其他探究物体碰撞的实验，深入了解碰撞过程。教学设计说明通过课后题目的练习提高了学生的动手能力和实际操作能力，以及学生收集与整理信息的能力，同时也增强了学生对这一节课的理解。八、板书设计一、一维碰撞二、探究碰撞中的不变量 实验猜想：两个物体各自的质量与自己的速度乘积之和是不是不变量？或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不是不变量？或者 实验结论：两个物体各自的质量与自己的速度乘积之和是不变量1.1 实验：探究碰撞中的不变量
