第一篇:16.4高三物理碰撞教案
16.4 碰 撞
★新课标要求
(一)知识与技能
1.认识弹性碰撞与非弹性碰撞,认识对心碰撞与非对心碰撞 2.了解微粒的散射
(二)过程与方法
通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否,体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。
(三)情感、态度与价值观
感受不同碰撞的区别,培养学生勇于探索的精神。★教学重点
用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题 ★教学难点
对各种碰撞问题的理解. ★教学方法
教师启发、引导,学生讨论、交流。★教学用具:
投影片,多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时
★教学过程
(一)引入新课
碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程,因而碰撞具有如下特点: 1.碰撞过程中动量守恒.
提问:守恒的原因是什么?(因相互作用时间短暂,因此一般满足F内>>F外的条件)2.碰撞过程中,物体没有宏观的位移,但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变. 3.碰撞过程中,系统的总动能只能不变或减少,不可能增加.
提问:碰撞中,总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)
熟练掌握碰撞的特点,并解决实际的物理问题,是学习动量守恒定律的基本要求.
(二)进行新课
1.展示投影片1,内容如下:
如图所示,质量为M的重锤自h高度由静止开始下落,砸到质量为m的木楔上没有弹起,二者一起向下运动.设地层给它们的平均阻力为F,则木楔可进入的深度L是多少?
组织学生认真读题,并给三分钟时间思考.
(1)提问学生解题方法,可能出现的错误是:认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失,因而解之为
Mg(h+L)+mgL-FL=0.
将此结论写在黑板上,然后再组织学生分析物理过程.
(2)引导学生回答并归纳:第一阶段,M做自由落体运动机械能守恒.m不动,直到M开始接触m为止.再下面一个阶段,M与m以共同速度开始向地层内运动.阻力F做负功,系统机械能损失.
提问:第一阶段结束时,M有速度,vM2gh,而m速度为零。下一阶段开始时,M与m就具有共同速度,即m的速度不为零了,这种变化是如何实现的呢?
引导学生分析出来,在上述前后两个阶段中间,还有一个短暂的阶段,在这个阶段中,M和m发生了完全非弹性碰撞,这个阶段中,机械能(动能)是有损失的.
(3)让学生独立地写出完整的方程组. 第一阶段,对重锤有:
Mgh1Mv2 2第二阶段,对重锤及木楔有 Mv+0=(M+m)v. 第三阶段,对重锤及木楔有
1(Mm)hLFL0(Mm)v2
2(4)小结:在这类问题中,没有出现碰撞两个字,碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的,在做题中,要认真分析物理过程,发掘隐含的碰撞问题.
2.展示投影片2,其内容如下:
如图所示,在光滑水平地面上,质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球,此装置一起以速度v0向右滑动.另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧.当两滑块相撞后,便粘在一起向右运动,则小球此时的运动速度是多少?
组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问学生解答方案,可能出现的错误有:在碰撞过程中水平动量守恒,设碰后共同速度为v,则有
(M+m)v0+0=(2M+m)v. 解得,小球速度 vMmv0
2Mm(2)教师明确表示此种解法是错误的,提醒学生注意碰撞的特点:即宏观没有位移,速度发生变化,然后要求学生们寻找错误的原因.
(3)总结归纳学生的解答,明确以下的研究方法:
①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动,悬线处于竖直方向.
②两个滑块碰撞时间极其短暂,碰撞前、后瞬间相比,滑块及小球的宏观位置都没有发生改变,因此悬线仍保持竖直方向.
③碰撞前后悬线都保持竖直方向,因此碰撞过程中,悬线不可能给小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不变.
④结论是:小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞,小球的速度保持为v0.
(4)小结:由于碰撞中宏观无位移,所以在有些问题中,不是所有物体都参与了碰撞过程,在遇到具体问题时一定要注意分析与区别.
3.展示投影片3,其内容如下:
在光滑水平面上,有A、B两个小球向右沿同一直线运动,取向右为正,两球的动量分别是pA=5kgm/s,pB=7kgm/s,如图所示.若能发生正碰,则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是()
A.△pA=-3kgm/s;△pB =3kgm/s B.△pA=3kgm/s;△pB =3kgm/s C.△pA=-10kgm/s;△pB =10kgm/s D.△pA=3kgm/s;△pB =-3kgm/s 组织学生认真审题.
(1)提问:解决此类问题的依据是什么? 在学生回答的基础上总结归纳为:
①系统动量守恒;②系统的总动能不能增加;③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量;④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同;⑤如碰撞后向同方向运动,则后面物体的速度不能大于前面物体的速度.
(2)提问:题目仅给出两球的动量,如何比较碰撞过程中的能量变化?
p2帮助学生回忆Ek的关系。
2m(3)提问:题目没有直接给出两球的质量关系,如何找到质量关系? 要求学生认真读题,挖掘隐含的质量关系,即A追上B并相碰撞,所以,vAvB,即
m557,A mAmBmB7(4)最后得到正确答案为A. 4.展示投影片4,其内容如下:
如图所示,质量为m的小球被长为L的轻绳拴住,轻绳的一端固定在O点,将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上,将小球由静止释放,则小球经过最低点时的即时速度是多大?
组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问学生解答方法,可能出现的错误有:认为轻绳的拉力不做功,因此过程中机械能守恒,以最低点为重力势能的零点,有
mgL(1sin)得v1mv2 22gL(1sin)
(2)引导学生分析物理过程.
第一阶段,小球做自由落体运动,直到轻绳位于水平面以下,与水平面成θ角的位置处为止.在这一阶段,小球只受重力作用,机械能守恒成立.
下一阶段,轻绳绷直,拉住小球做竖直面上的圆周运动,直到小球来到最低点,在此过程中,轻绳拉力不做功,机械能守恒成立.
提问:在第一阶段终止的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在下一阶段初始的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?
在学生找到这两个速度方向的不同后,要求学生解释其原因,总结归纳学生的解释,明确以下观点:
在第一阶段终止时刻,小球的速度竖直向下,既有沿下一步圆周运动轨道切线方向(即与轻绳相垂直的方向)的分量,又有沿轨道半径方向(即沿轻绳方向)的分量.在轻绳绷直的一瞬间,轻绳给小球一个很大的冲量,使小球沿绳方向的动量减小到零,此过程很类似于悬挂轻绳的物体(例如天花板)与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞,由于天花板的质量无限大(相对小球),因此碰后共同速度趋向于零.在这个过程中,小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了.因此,整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的.
(3)要求学生重新写出正确的方程组.
2mgLsin1mv2 2v//vcos.
121v//mgL(1sin)mv2 22解得v2gL(sin2sin31)
(4)小结:很多实际问题都可以类比为碰撞,建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题.下面继续看例题.
5.展示投影片5,其内容如下:
如图所示,质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连,水平地面光滑.mA、mB原来静止,在瞬间给mB一很大的冲量,使mB获得初速度v0,则在以后的运动中,弹簧的最大势能是多少?
在学生认真读题后,教师引导学生讨论.
(1)mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型?(因系统水平方向动量守恒,所以可类比为碰撞模型)
(2)当弹性势能最大时,系统相当于发生了什么样的碰撞?(势能最大,动能损失就最大,因此可建立完全非弹性碰撞模型)
经过讨论,得到正确结论以后,要求学生据此而正确解答问题,得
2mAmBv0到结果为Ep
2(mAmB)
(三)课堂小结
教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
(四)作业
“问题与练习”1~5题★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
★教学资料
一维弹性碰撞的普适性结论
新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况(运动的物体撞击静止的物体),本文旨在在此基础之上讨论一般性情况,从而总结出普遍适用的一般性结论。
在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B,以初速度v1、v2运动,若它们能发生碰撞(为一维弹性碰撞),碰撞后它们的速度分别为v1和v2。我们的任务是得出用m1、m2、v1、v2表达v1和v2的公式。
'''''是以地面为参考系的,将A和B看作系统。v1、v2、v1'、v2''由碰撞过程中系统动量守恒,有m1v1m2v2m1v
1① m2v2有弹性碰撞中没有机械能损失,有''由①得m1v1 v1m2v2v2211112'2m1v12m2v2m1v1'm2v② 2222'2'由②得m1v1 v12m2v2v2''将上两式左右相比,可得v1v1v2v2
''即v2v1'v2v1或v1'v2v1v2
③
''碰撞前B相对于A的速度为v21v2v1,碰撞后B相对于A的速度为v21v2v1',''同理碰撞前A相对于B的速度为v12v1v2,碰撞后A相对于B的速度为v12,v1'v2''故③式为v21v21或v12v12,其物理意义是: 22碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等,方向相反; 碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度大小相等,方向相反;
故有
[结论1]对于一维弹性碰撞,若以其中某物体为参考系,则另一物体碰撞前后速度大小不变,方向相反(即以原速率弹回)。
联立①②两式,解得
v1'2m2v2m1m2v1
④
m1m22m1v1m2m1v2
⑤
m1m2'v2下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。●若m1m2,即两个物体质量相等
'v1'v2,v2v1,表示碰后A的速度变为v2,B的速度变为v1。
故有
[结论2] 对于一维弹性碰撞,若两个物体质量相等,则碰撞后两个物体互换速度(即碰后A的速度等于碰前B的速度,碰后B的速度等于碰前A的速度)。
●若m1m2,即A的质量远大于B的质量
这时m1m2m1,m1m2m1,''有
v1v1,v22v1v2
m20。根据④、⑤两式,m1m2表示质量很大的物体A(相对于B而言)碰撞前后速度保持不变。
⑥ ●若m1m2,即A的质量远小于B的质量 这时m2m1m2,m1m2m2,'有
v2v2,v1'2v2v1
m10。根据④、⑤两式,m1m2表示质量很大的物体B(相对于A而言)碰撞前后速度保持不变。
⑦ 综合⑥⑦,可知:
[结论3] 对于一维弹性碰撞,若其中某物体的质量远大于另一物体的质量,则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。
至于质量小的物体碰后速度如何,可结合[结论1]和[结论3]得出。
''以m1m2为例,由[结论3]可知v1v1,由[结论1]可知v21v21,即''v2v1'v2v1,将v1'v1代入,可得v22v1v2,与上述所得一致。
以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。
[练习]如图所示,乒乓球质量为m,弹性钢球质量为M(M>>m),它们一起自高度h高处自由下落,不计空气阻力,设地面上铺有弹性钢板,球与钢板之间的碰撞及乒乓球与钢球之间的碰撞均为弹性碰撞,试计算钢球着地后乒乓球能够上升的最大高度。
解析:
乒乓球和弹性钢球自状态1自由下落,至弹性钢球刚着地(状态2)时,两者速度相等
v22gh
则v2gh
弹性钢球跟弹性钢板碰撞后瞬间(状态3),弹性钢球速率仍为v,方向变为竖直向上 紧接着,弹性钢球与乒乓球碰,碰后瞬间(状态4)乒乓球速率变为v′
由[结论3]可知,弹性钢球与乒乓球碰后弹性钢球速度保持不变(速率仍为v,方向为竖直向上);
由[结论1]可知,弹性钢球与乒乓球碰前瞬间(状态3)乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v,方向为竖直向下,弹性钢球与乒乓球碰后瞬间(状态4)乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v,方向为竖直向上。
则v′=3v 由v'22gH得
23v2Hv'2g2g9h
第二篇:高一物理碰撞教案
碰
撞
一.目的要求
1.用对心碰撞特例检验动量守恒定律;
2.了解动量守恒和动能守恒的条件;
3.熟练地使用气垫导轨及数字毫秒计。
二.原理
1.验证动量守恒定律
动量守恒定律指出:若一个物体系所受合外力为零,则物体的总动量保持不变;若物体系所受合外力在某个方向的分量为零,则此物体系的总动量在该方向的分量守恒。
设在平直导轨上,两个滑块作对心碰撞,若忽略空气阻力,则在水平方向上就满足动量守恒定律成立的条件,即碰撞前后的总动量保持不变。
m1u1m2u2m1v1m2v2(6.1)其中,u1、u2和v1、v2分别为滑块m1、m2在碰撞前后的速度。若分别测出式(6.1)中各量,且等式左右两边相等,则动量守恒定律得以验证。
2.碰撞后的动能损失
只要满足动量守恒定律成立的条件,不论弹性碰撞还是非弹性碰撞,总动量都将守恒。但对动能在碰撞过程中是否守恒,还将与碰撞的性质有关。碰撞的性质通常用恢复系数e表达:
ev2v1
(6.2)u1u2式(6.2)中,v2v1为两物体碰撞后相互分离的相对速度,u1u2则为碰撞前彼此接近的相对速度。
(1)若相互碰撞的物体为弹性材料,碰撞后物体的形变得以完全恢复,则物体系的总动能不变,碰撞后两物体的相对速度等于碰撞前两物体的相对速度,即v2v1u1u2,于是e1,这类碰撞称为完全弹性碰撞。
(2)若碰撞物体具有一定的塑性,碰撞后尚有部分形变残留,则物体系的总动能有所损耗,转变为其他形式的能量,碰撞后两物体的相对速度小于碰撞前的相对速度,即0v2v1u1u2于是,0e1,这类碰撞称为非弹性碰撞。
(3)碰撞后两物体的相对速度为零,即v2v10或v2v1v,两物体粘在一起以后以相同速度继续运动,此时e0,物体系的总动能损失最大,这类碰撞称为完全非弹性碰撞,它是非弹性碰撞的一种特殊情况。
三类碰撞过程中总动量均守恒,但总动能却有不同情况。由式(6.1)和(6.2)可求碰撞后的动能损失 Ek(1/2)m1m21e2u1u2/m1m2。①对于完全弹性碰撞,因
2e1,故Ek0,即无动能损失,或曰动能守恒。②对于完全非弹性碰撞,因e0,故:
EkEkM,即,动能损失最大。③对于非完全弹性碰撞,因0e1,故动能损失介于二者之间,即:0EkEkM。
3.m1m2m,且u20的特定条件下,两滑块的对心碰撞。
(1)对完全弹性碰撞,e1,式(6.1)和(6.2)的解为
v10(6.3)v2u1由式(6.3)可知,当两滑块质量相等,且第二滑块处于静止时,发生完全弹性碰撞的结果,使第一滑块静止下来,而第二滑块完全具有第一滑块碰撞前的速度,“接力式”地向前运动。若即动能亦守恒。
以上讨论是理想化的模型。若两滑块质量不严格相等、两挡光物的有效遮光宽度s1及式(6.3)得到验证,则说明完全弹性碰撞过程中动量守恒,且e1,Ek0,s2也不严格相等,则碰撞前后的动量百分差E1为:
E1动能百分差E2为: E2P2P1P1m2s2t11(6.4)m1s1t22m2s2t121(6.5)22m1s1t2Ek2Ek1Ek1若E1及E2在其实验误差范围之内,则说明上述结论成立。
(2)对于完全非弹性碰撞,式(6.1)和(6.2)的解为:
v1v2vu(6.6)2若式(6.6)得证,则说明完全非弹性碰撞动量守恒,且e0,其动能损失最大,约为50%。
s1。同样可求得其动考虑到完全非弹性碰撞时可采用同一挡光物遮光,即有:s2及E2分别为: 量和动能百分差E1m2t1P2P11
E1mt1(6.7)P1122Ek1m2t1'Ek E21mt'1(6.8)1Ek12显然,其动能损失的百分误差则为:
2m2t1
E211
(6.9)mt12及E在其实验误差范围内,则说明上述结论成立。若E1三.仪器用品
气垫导轨及附件(包括滑块及挡光框各一对),数字毫秒计、物理天平及游标卡尺等。四.实验内容
1.用动态法调平导轨,使滑块在选定的运动方向上做匀速运动,以保证碰撞时合外力为零的条件(参阅附录2);
2.用物理天平校验两滑块(连同挡光物)的质量m1及m2;
2; 3.用游标卡尺测出两挡光物的有效遮光宽度s1、s2及s1 4.在m1m2m的条件下,测完全弹性和完全非弹性碰撞前后两滑块各自通过光电、t2。门一及二的时间t1、t2及t1五.注意事项
1.严格按照气垫导轨操作规则(见附录2),维护气垫导轨;
2.实验中应保证u20的条件,为此,在第一滑块未到达之前,先用手轻扶滑块(2),待滑块(1)即将与(2)碰撞之前再放手,且放手时不应给滑块以初始速度;
3.给滑块(1)速度时要平稳,不应使滑块产生摆动;挡光框平面应与滑块运动方向一致,且其遮光边缘应与滑块运动方向垂直; 4.严格遵守物理天平的操作规则;
5.挡光框与滑块之间应固定牢固,防止碰撞时相对位置改变,影响测量精度。六.考查题
1.动量守恒定律成立的条件是什么?实验操作中应如何保证之?
2.完全非弹性碰撞中,要求碰撞前后选用同一挡光框遮光有什么好处?实验操作中如何实现?
3.既然导轨已调平,为什么实验操作中还要用手扶住滑块(2)?手扶滑块时应注意什么?
4.滑块(2)距光电门(2)近些好还是远些好?两光电门间近些好还是远些好?为什么?
第三篇:高2物理碰撞教案
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碰 撞
★新课标要求
★教学过程
(一)引入新课
碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程,因而碰撞具有如下特点: 1.碰撞过程中动量守恒.
提问:守恒的原因是什么?(因相互作用时间短暂,因此一般满足F内>>F外的条件)2.碰撞过程中,物体没有宏观的位移,但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变. 3.碰撞过程中,系统的总动能只能不变或减少,不可能增加.
提问:碰撞中,总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)
熟练掌握碰撞的特点,并解决实际的物理问题,是学习动量守恒定律的基本要求.
(二)进行新课
1.展示投影片1,内容如下:
如图所示,质量为M的重锤自h高度由静止开始下落,砸到质量为m的木楔上没有弹起,二者一起向下运动.设地层给它们的平均阻力为F,则木楔可进入的深度L是多少?
组织学生认真读题,并给三分钟时间思考.
(1)提问学生解题方法,可能出现的错误是:认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失,因而解之为
Mg(h+L)+mgL-FL=0.
将此结论写在黑板上,然后再组织学生分析物理过程.
(2)引导学生回答并归纳:第一阶段,M做自由落体运动机械能守恒.m不动,直到M开始接触m为止.再下面一个阶段,M与m以共同速度开始向地层内运动.阻力F做负功,系统机械能损失.
提问:第一阶段结束时,M有速度,vM2gh,而m速度为零。下一阶段开始时,M与m就具有共同速度,即m的速度不为零了,这种变化是如何实现的呢?
引导学生分析出来,在上述前后两个阶段中间,还有一个短暂的阶段,在这个阶段中,M和m发生了完全非弹性碰撞,这个阶段中,机械能(动能)是有损失的.
(3)让学生独立地写出完整的方程组. 第一阶段,对重锤有:
Mgh12Mv 2京翰教育中心http://www.xiexiebang.com/
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(Mm)hLFL012(Mm)v
2(4)小结:在这类问题中,没有出现碰撞两个字,碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的,在做题中,要认真分析物理过程,发掘隐含的碰撞问题.
2.展示投影片2,其内容如下:
如图所示,在光滑水平地面上,质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球,此装置一起以速度v0向右滑动.另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧.当两滑块相撞后,便粘在一起向右运动,则小球此时的运动速度是多少?
组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问学生解答方案,可能出现的错误有:在碰撞过程中水平动量守恒,设碰后共同速度为v,则有
(M+m)v0+0=(2M+m)v. 解得,小球速度 vMm2Mmv0
(2)教师明确表示此种解法是错误的,提醒学生注意碰撞的特点:即宏观没有位移,速度发生变化,然后要求学生们寻找错误的原因.
(3)总结归纳学生的解答,明确以下的研究方法:
①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动,悬线处于竖直方向.
②两个滑块碰撞时间极其短暂,碰撞前、后瞬间相比,滑块及小球的宏观位置都没有发生改变,因此悬线仍保持竖直方向.
③碰撞前后悬线都保持竖直方向,因此碰撞过程中,悬线不可能给小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不变.
④结论是:小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞,小球的速度保持为v0.
(4)小结:由于碰撞中宏观无位移,所以在有些问题中,不是所有物体都参与了碰撞过程,在遇到具体问题时一定要注意分析与区别.
3.展示投影片3,其内容如下:
在光滑水平面上,有A、B两个小球向右沿同一直线运动,取向右为正,两球的动量分别是pA=5kgm/s,pB=7kgm/s,如图所示.若能发生正碰,则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是()
A.△pA=-3kgm/s;△pB =3kgm/s B.△pA=3kgm/s;△pB =3kgm/s
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(1)提问:解决此类问题的依据是什么? 在学生回答的基础上总结归纳为:
①系统动量守恒;②系统的总动能不能增加;③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量;④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同;⑤如碰撞后向同方向运动,则后面物体的速度不能大于前面物体的速度.
(2)提问:题目仅给出两球的动量,如何比较碰撞过程中的能量变化? 帮助学生回忆Ekp22m的关系。
(3)提问:题目没有直接给出两球的质量关系,如何找到质量关系? 要求学生认真读题,挖掘隐含的质量关系,即A追上B并相碰撞,所以,vAvB,即
5mA7mB,mAmB57
(4)最后得到正确答案为A. 4.展示投影片4,其内容如下:
如图所示,质量为m的小球被长为L的轻绳拴住,轻绳的一端固定在O点,将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上,将小球由静止释放,则小球经过最低点时的即时速度是多大?
组织学生认真读题,并给三分钟思考时间.
(1)提问学生解答方法,可能出现的错误有:认为轻绳的拉力不做功,因此过程中机械能守恒,以最低点为重力势能的零点,有
mgL(1sin)12mv
2得v2gL(1sin)
(2)引导学生分析物理过程.
第一阶段,小球做自由落体运动,直到轻绳位于水平面以下,与水平面成θ角的位置处为止.在这一阶段,小球只受重力作用,机械能守恒成立.
下一阶段,轻绳绷直,拉住小球做竖直面上的圆周运动,直到小球来到最低点,在此过程中,轻绳拉力不做功,机械能守恒成立.
提问:在第一阶段终止的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在下一阶段初始的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?
在学生找到这两个速度方向的不同后,要求学生解释其原因,总结归纳学生的解释,明
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在第一阶段终止时刻,小球的速度竖直向下,既有沿下一步圆周运动轨道切线方向(即与轻绳相垂直的方向)的分量,又有沿轨道半径方向(即沿轻绳方向)的分量.在轻绳绷直的一瞬间,轻绳给小球一个很大的冲量,使小球沿绳方向的动量减小到零,此过程很类似于悬挂轻绳的物体(例如天花板)与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞,由于天花板的质量无限大(相对小球),因此碰后共同速度趋向于零.在这个过程中,小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了.因此,整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的.
(3)要求学生重新写出正确的方程组.
2mgLsin12mv
2v//vcos. 12v//mgL(1sin)212mv
32解得v2gL(sin2sin1)
(4)小结:很多实际问题都可以类比为碰撞,建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题.下面继续看例题.
5.展示投影片5,其内容如下:
如图所示,质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连,水平地面光滑.mA、mB原来静止,在瞬间给mB一很大的冲量,使mB获得初速度v0,则在以后的运动中,弹簧的最大势能是多少?
在学生认真读题后,教师引导学生讨论.
(1)mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型?(因系统水平方向动量守恒,所以可类比为碰撞模型)
(2)当弹性势能最大时,系统相当于发生了什么样的碰撞?(势能最大,动能损失就最大,因此可建立完全非弹性碰撞模型)
经过讨论,得到正确结论以后,要求学生据此而正确解答问题,得 到结果为EpmAmBv022(mAmB)
(三)课堂小结
教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。
点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。
京翰教育中心http://www.xiexiebang.com/
高中物理辅导网http://www.xiexiebang.com/ 教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架。
(四)作业
“问题与练习”1~5题★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
★教学资料
一维弹性碰撞的普适性结论
新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况(运动的物体撞击静止的物体),本文旨在在此基础之上讨论一般性情况,从而总结出普遍适用的一般性结论。
在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B,以初速度v1、v2运
'动,若它们能发生碰撞(为一维弹性碰撞),碰撞后它们的速度分别为v1'和v2。我们的任
'务是得出用m1、m2、v1、v2表达v1'和v2的公式。
v1、v2、v1、v2是以地面为参考系的,将A和B看作系统。
'由碰撞过程中系统动量守恒,有m1v1m2v2m1v1'm2v
2① ''有弹性碰撞中没有机械能损失,有由①得m1v1v1m2v2v2 ''12m1v1212m2v2212m1v1'212m2v2
②
'22'由②得m1v1'v12m2v2v222
'将上两式左右相比,可得v1v1v2v2
即v2v1v2v1或v1v2v1v2
③ '''''碰撞前B相对于A的速度为v21v2v1,碰撞后B相对于A的速度为v21v2v1,同理碰撞前A相对于B的速度为v12v1v2,碰撞后A相对于B的速度为v12v1v2,故③式为v21v21或v12v12,其物理意义是:
碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等,方向相反; 碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度大小相等,方向相反;
京翰教育中心http://www.xiexiebang.com/ ''''''''高中物理辅导网http://www.xiexiebang.com/ 故有
[结论1]对于一维弹性碰撞,若以其中某物体为参考系,则另一物体碰撞前后速度大小不变,方向相反(即以原速率弹回)。
联立①②两式,解得 v1'2m2v2m1m2v1m1m22m1v1m2m1v2m1m2
④
v2'
⑤
下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。●若m1m2,即两个物体质量相等
v1v2,v2v
1,表示碰后A的速度变为v2,B的速度变为v1。''故有
[结论2] 对于一维弹性碰撞,若两个物体质量相等,则碰撞后两个物体互换速度(即碰后A的速度等于碰前B的速度,碰后B的速度等于碰前A的速度)。
●若m1m2,即A的质量远大于B的质量 这时m1m2m1,m1m2m1,'有
v1'v1,v22v1v2
m2m1m20。根据④、⑤两式,表示质量很大的物体A(相对于B而言)碰撞前后速度保持不变。
⑥ ●若m1m2,即A的质量远小于B的质量 这时m2m1m2,m1m2m2,''m1m1m20。根据④、⑤两式,有
v2v2,v12v2v1
表示质量很大的物体B(相对于A而言)碰撞前后速度保持不变。
⑦ 综合⑥⑦,可知:
[结论3] 对于一维弹性碰撞,若其中某物体的质量远大于另一物体的质量,则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。
至于质量小的物体碰后速度如何,可结合[结论1]和[结论3]得出。
以m1m2为例,由[结论3]可知v1v1,由[结论1]可知v21v21,即
''京翰教育中心http://www.xiexiebang.com/
高中物理辅导网http://www.xiexiebang.com/ ''''v2v1v2v1,将v1v1代入,可得v22v1v2,与上述所得一致。
以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。
[练习]如图所示,乒乓球质量为m,弹性钢球质量为M(M>>m),它们一起自高度h高处自由下落,不计空气阻力,设地面上铺有弹性钢板,球与钢板之间的碰撞及乒乓球与钢球之间的碰撞均为弹性碰撞,试计算钢球着地后乒乓球能够上升的最大高度。
解析:
乒乓球和弹性钢球自状态1自由下落,至弹性钢球刚着地(状态2)时,两者速度相等
v22gh
则v2gh
弹性钢球跟弹性钢板碰撞后瞬间(状态3),弹性钢球速率仍为v,方向变为竖直向上 紧接着,弹性钢球与乒乓球碰,碰后瞬间(状态4)乒乓球速率变为v′
由[结论3]可知,弹性钢球与乒乓球碰后弹性钢球速度保持不变(速率仍为v,方向为竖直向上);
由[结论1]可知,弹性钢球与乒乓球碰前瞬间(状态3)乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v,方向为竖直向下,弹性钢球与乒乓球碰后瞬间(状态4)乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v,方向为竖直向上。
则v′=3v 由v'2gH得
v'22H2g3v22g9h
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第四篇:10.04.30高二物理《16.4 碰撞》参考教案
高二物理教案《碰撞》
课题:碰撞
教学目标:
1、使学生了解碰撞的特点,物体间相互作用时间短,而物体间相互作用力很大。
2、理解弹性碰撞和非弹性碰撞,了解正碰、斜碰及广义碰撞散射的概念。
3、初步学会用动量守恒定律解决一维碰撞问题。
重点:
强性碰撞和非弹性碰撞
难点:
动量守恒定律的应用
教学过程:
1、碰撞的特点:
物体间互相作用时间短,互相作用力很大。
2、弹性碰撞:
碰撞过程中,不仅动量守恒、机械能也守恒,碰撞前后系统动能之和不变
3、非弹性碰撞
碰撞过程中,仅动量守恒、机械能减少,碰撞后系统动能和小于碰撞前系统动能和,若系统结合成一个整体,则机械能损失最大。
4、对心碰撞和非对心碰撞
5、广义碰撞散射
6、例题
例
1、在气垫导轨上,一个质量为600g的滑块以15cm/s的速度与另一个质量为400g、速度为10cm/s方向相反的滑块迎面相撞,碰撞后两个滑块并在一起,求碰撞后的滑块的速度大小和方向。
例
2、质量为m速度为υ的A球跟质量为3m静止的B球发生正碰。碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B球的速度允许有不同的值。请你论证:碰撞后B球的速度可能是以下值吗?
(1)0.6υ(2)0.4υ(3)0.2υ。
7、小结:略
第五篇:高三物理激光教案
激光
【教学目的】
1、了解激光的特点
2、了解激光的应用
【教学重点】
激光的应用
【教学难点】
为什么激光具有特殊的性质
【课时安排】
1课时
【教学过程】
○、引入
从偏振的介绍我们发现,光波作为一种电磁波,比起机械横波有它的复杂性。本节课,我们将介绍一种特殊的光波,以及它的应用——
一、激光
1、概念:激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”。由于它的英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,可以被缩写为Laser,中文也常常音译为“镭射”。
2、产生机理:
a、设置工作物质(发光物质——可以是气体、液体或固体);
b、泵浦——*能把大量的处于基态能级的电子激发到高能级上去的装置。常见的泵浦有光源、化学能源(固体工作物质多用光照射法,气体工作物质多用放电法)(补充能量)实现粒子数反转——*属于高能态的电子比属于低能态的电子数多(所谓“反转”,是因为这种状.....况突破了“正常”的玻耳兹曼分布规律)→受激辐射;
c、谐振腔(内连续来回反射、振荡)诱发同性质的跃迁→使同频率、同相位的受激辐射得以放大。..
3、激光的特点:a、单色性;b、方向性;c、相干性;d、高亮度(能量)。
4、发展大事记:
a、1916年,爱因斯坦提出“受激辐射”(和“自发辐射”对立)理论; b、1928年,德国的光谱学家拉登堡(R.W.Ladenburg)发现“负色散现象”;
c、1947年,兰姆(W.E.Lamb,jr.)和雷瑟福(R.C.Retherford)指出,通过粒子数反转可以期望实现感应辐射(即受激辐射);
d、1953年,美国的汤斯小组制成“微波激射器”;
e、1958年,肖洛和汤斯的论文《红外区和光学激射器》论证了将微波激射技术扩展到红外区和可见光区的可能性;
f、1960年,美国的梅曼制成第一台红宝石激光器;
g、1961年,我国第一台红宝石激光器在长春光机所诞生。
5、激光器的分类:
a、气体激光器(氦氖激光器、氩离子激光器、“隐形杀手”二氧化碳激光器);
*氩离子激光器:它可以发出鲜艳的蓝绿色光,可连续工作,输出功率达100多瓦。因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏,眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光,所以在眼科上用得最多。氩离子激光器发出的蓝绿色激光还能深入海水层,而不被海水吸收,因而可广泛用于水下勘测作业。* “隐身”激光器:二氧化碳激光器可称“隐身人”,因为它发出的激光波长为10.6微米,“身”处红外区,肉眼不能觉察,它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展,也是光武器和核聚变研究中的重大成果。
b、液体、化学和半导体激光器(“变色龙”染料激光器、“死光”氟化氢激光器、砷化镓激光器);
* “变色”激光器:工作物质就是染料,如碳花青、若丹明和香豆素等等。气体产生的激光有明确的波长,而染料产生的激光,波长范围较广,或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩,就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样。这种激光器主要用于光谱学研究。
*化学激光器:是用化学反应来产生激光的,如氟原子和氢原子发生化学反应时,能生成处于激发状态的氟化氢分子。当两种气体迅速混合后,就能直接从化学反应中获得很强大的光能。这类激光器比较适合于野外工作,或用于军事目的,令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果。
c、固体激光器(红宝石激光器、钇铝石榴石激光器)。
二、激光的应用
1、天文领域:激光望远镜测天体距离。*上海天文台60厘米卫星激光望远镜:上海天文台的第三代卫星激光测距系统建立于1986年,主要由60厘米口径的望远镜、自滤波锁模激光器、高精度时间间隔计数器和时频系统等部分组成。由于采用了先进的单光子雪崩二极管接收器,以及卫星跟踪和测量过程由计算机自动控制,使测量精度大大提高。目前这台仪器可测量的最大距离是二万公里,精确度为1.5-2厘米。经过多年努力,1998年上海天文台的SLR系统在国内第一个实现了白天激光测距,达到了世界先进水平,从而不仅使观测数量增加一倍,还能保证所有卫星轨道都能取得观测资料,对提高定轨精度及应用研究极为重要。上海天文台SLR站是中国SLR联测网的负责单位,也是国家大科学工程“地壳运动观测网络”的重要观测基地之一,同时与国外SLR站有着密切的合作关系,是国际激光测距服务(ILRS)和西太平洋激光跟踪网的重要组成单位。
2、工业材料的加工:激光雕刻、切割、焊接。
3、医学领域:激光手术。
4、信息技术领域:a、信息传输(激光光纤);b、信息存储(激光刻录CD、DVD、软件)。*激光在贮存信息方面有全息照相、光学计算机、光盘等。以往的光学图象只能记录光的强度,利用激光既可以记录光的强度又可以记录光的相位,即可以记录光的全部信息,因此称为全息照相。照出的图象是立体的。利用激光的相干性,人们正在研究光学计算机。光学计算机与电子计算机相比,具有运算速度快、信息容量大的优点。它的信息处理过程接近于人眼和大脑的观察与识别外界事物的过程。光盘即激光视盘,是利用激光贮存信息的“唱片”。它是由两片透明塑料组成,塑料片上涂有一层反射膜。光盘的厚度约1毫米,直径为20~30厘米,两面都可使用。用光盘播放时,首先由半导体激光器发出激光,一台小型计算机控制激光来扫描,得到以数字形式输入的脉冲信号,再由计算机转换成电视信号传给电视机。用光盘播放的音像质量高,使用寿命长,而且光盘中记录的每幅图象都有编号,可以任意选取,非常方便。
5、军事领域:a、激光制导炸弹;b、激光热武器。
*激光武器分为激光制导炸弹和激光热武器两种。激光制导炸弹在攻击目标时,由目标指示飞机发射激光,照射目标,由运载机投弹,制导炸弹(即导弹)则根据从目标反射回来的激光飞向目标。这种炸弹偏离目标不大于10米,而普通炸弹则通常平均偏离目标在100米左右。激光热武器是利用激光的热效应来破坏目标的。轻型的激光热武器可称为激光枪,可用来杀伤人员,重型的称为激光炮,可烧毁装甲车、飞机、导弹和卫星等。激光热武器的优点是速度快,命中率高。缺点是不能大面积摧毁目标。制造激光热武器要求有大功率的激光器,目前有一些技术难题尚未完全解决,还处于研制阶段。
三、小结
本节课,我们了解了一种特殊的光波,和它的一些相关应用。介绍停留在常识的层面,对于深层次的知识,因为篇幅和时间的关系,没有涉及。希望大家能够通过中学阶段的“抛砖引玉”引起对于前沿科技的兴趣,进而树立起攀登科学高峰的信念。