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《弹性碰撞和非弹性碰撞》教案

用能量的观点分析碰撞问题是弹性碰撞与非弹性碰撞教学的重点。在处理碰撞问题时，教师往往预设好了初末状态的速度，通过理论计算的方式比较系统在碰撞前后的机械能变化，最后由教师总结介绍弹性碰撞、非弹性碰撞以及完全非弹性碰撞的概念及特点并通过练习强化认知。这个过程中学生会产生疑问：为什么非弹性碰撞过程中机械能不守恒，系统减少的机械能哪去了呢？产生这些疑问的原因主要在于碰撞过程中物体间相互作用时间极短、碰撞前后物体本身的变化又极其微小，学生无法从物理现象中挖掘碰撞的本质。本设计将此过程化抽象为具体，设计演示实验并结合生活中碰撞的例子有利于学生对问题本质的深入认识。

一、设计思想

设计在学生观察碰撞球实验的基础上引导学生从能量的角度思考碰撞的特

点。结合牛顿摆实验，通过在玻璃球之间加入海绵将两类碰撞进行对比，机械能的变化转化为可见的因素，学生对碰撞过程中机械能是否守恒就有了感性的认识，从而引出弹性碰撞和非弹性碰撞。通过上节课的实验研究小车碰撞前后动能的变化，同时结合图解的方式将碰撞的效果放慢、放大，更直接还原了碰撞的本质。最后通过与生活联系进一步了解损失的机械能转化成其他形式的能量，体现了将概念形象化、具体化的科学研究方法和从物理走向生活的教学思想。

二、教学过程

1、实验导入，引发疑惑。

师：同学们，今天老师带来大小不同的两个弹力球，它们都有一定的弹性。

（教师演示：使两球从一定高度分别落下，观察到弹力球都弹了起来。）

师：现在我让两个球一上一下组合，再从刚才同一高度落下。大家注意看两个球谁能跳得更高？

（教师演示：小球在上、大球在下一起落下，观察到小球弹起更高的高度，而

大球却几乎没有弹起来。）

师：它们的动能如何变化？为什么会这样变化？

生：小球弹得更高，说明它获得了更大的动能。而大球几乎没有弹起来，说明它的动能减小了。可能是大球把自身的动能传递给了小球。

师：两个弹力球一上一下组合落下，大球被地面反弹后与小球之间发生了碰撞。我们知道碰撞过程中的动量可以发生传递，系统的动量守恒。既然机械能在碰撞中也能传递，那么系统的机械能又是否守恒呢？

设计意图：跳球实验中小弹力球的动能变化较为明显，既能够吸引学生的注意，又能够引发学牛对碰撞过程中机械能是否守恒的思考。需要注意的是，为了保证实验的成功率，两球下落的高度应保持在15cm到25cm之间较为合适，且下落前尽量使两球的重心处于同一竖直线上，本次实验用细绳穿过中心开孔的小球以确保竖直下落。

2、实验探究，挖掘本质。

（1）对比演示碰撞实验，将碰撞现象分类。

（教师演示：牛顿摆中一动一静的弹性碰撞实验，将一个玻璃小球拿起一定的高度从静止释放，与另一个玻璃小球碰撞。）

观察到：两个小球碰撞后，第一个小球静止下来，第二个小球摆起一定的高度。

师：系统机械能在这个过程发生了怎样的传递和转化呢？

生：第一个小球被举高的重力势能在下落过程中转化为动能。碰撞后，第一个小球静止，第二个小球获得了动能，又在上升过程中全部转化为重力势能。

师：如果碰撞中第一个小球的动能全部传递给了第二个小球，第二个小球上升的高度与第一个小球释放前的高度应该有什么关系呢？此时系统机械能守恒吗？

生：一样高，机械能守恒。

（重复实验：观察到几次碰撞后小球上升的高度和下落前的高度接近相等。

接下来教师在两个小球碰撞部位粘上海绵泡沫，演示非弹性碰撞。）

师：小球摆起的高度如何？机械能传递过程屮如何变化？系统机械能守恒吗？

生：小球在碰撞后不能摆到原来的高度说明机械能不守恒。

师：根据这个特点，我们将碰撞分为两类。碰撞过程中系统机械能守恒，这类碰撞叫做弹性碰撞。碰撞过程中系统机械能不守恒这类碰撞叫做非弹性碰撞。

师：加上海绵后，机械能为什么不守恒了呢？损失的机械能去哪了？

（2）图解碰撞的物理实质，解释机械能转化问题。

学生充分思考讨论后，观看两类碰撞的动画，进一步让学生思考两类碰撞的差异。教师图解碰撞过程中发生的形变现象，引导学生理解碰撞的物理实质。

师：碰撞过程中两小球会受到一对相互作用力，使得它们发生了形变。但是在玻璃球与玻璃球碰撞后形变会马上消失，因此弹性碰撞时的机械能损失很小。而泡沫的形变在碰撞后不能完全恢复，碰撞时机械能损失明显。损失的机械能用在了物体形状的改变上。

设计意图：由于碰撞吋间极短，所以在相互作用的过程中物体产生的形变很小，学生无法把握机械能损失的实质，就无法从能量角度深入认识碰撞现象。而仅仅通过理论推导显然是不够的。将两类碰撞实验进行对比演示，将机械能转化为可见的高度，化抽象为形象，非常直观地对比出机械能的损失，丰富了学生的感知。再经过自己分析后，问题更加深入。损失的机械能去哪儿了？通过构建其物理图像，挖掘物理实质。最后还可以结合理论推导进行验证