資源簡介

1.5《彈性碰撞和非彈性碰撞》課時(shí)教案
學(xué)科 物理 年級(jí)冊別 高一上冊 共1課時(shí)
教材 人教版選擇性必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時(shí)
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于人教版高中物理選擇性必修第一冊第一章第五節(jié)，是動(dòng)量守恒定律應(yīng)用的重要延伸。教材通過生活實(shí)例引入碰撞現(xiàn)象，區(qū)分彈性與非彈性碰撞的本質(zhì)特征，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生理解動(dòng)能是否守恒是劃分兩類碰撞的核心標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)容邏輯清晰，由淺入深，既強(qiáng)化了動(dòng)量守恒的應(yīng)用能力，又為后續(xù)學(xué)習(xí)能量轉(zhuǎn)化打下基礎(chǔ)。
學(xué)情分析
高一學(xué)生已掌握動(dòng)量、動(dòng)量守恒定律及動(dòng)能的基本概念，具備一定的矢量運(yùn)算能力和實(shí)驗(yàn)觀察能力。但對“系統(tǒng)”“內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力”等抽象條件理解尚淺，容易混淆動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒的適用范圍。此外，學(xué)生在分析碰撞前后狀態(tài)變化時(shí)缺乏建模意識(shí)，需通過情境化任務(wù)和可視化手段幫助其建立物理圖景，突破思維障礙。
課時(shí)教學(xué)目標(biāo)
物理觀念
1. 理解彈性碰撞與非彈性碰撞的定義，能從動(dòng)能是否守恒的角度準(zhǔn)確區(qū)分兩類碰撞。
2. 掌握完全非彈性碰撞的特點(diǎn)，知道其動(dòng)能損失最大，并能解釋生活中相關(guān)現(xiàn)象。
科學(xué)思維
1. 能運(yùn)用動(dòng)量守恒定律和動(dòng)能公式對簡單的一維碰撞問題進(jìn)行定量分析與推理。
2. 通過對比理想模型與實(shí)際案例，發(fā)展模型建構(gòu)與理想化思維能力。
科學(xué)探究
1. 能設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒，并觀察動(dòng)能變化情況。
2. 能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷碰撞類型，提升數(shù)據(jù)分析與證據(jù)推理能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
1. 認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律在交通安全、工程防護(hù)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用價(jià)值。
2. 養(yǎng)成尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求證的科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
重點(diǎn)
1. 彈性碰撞與非彈性碰撞的概念辨析及其判斷依據(jù)。
2. 動(dòng)量守恒在碰撞問題中的應(yīng)用。
難點(diǎn)
1. 理解“動(dòng)能是否守恒”作為分類標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)意義。
2. 區(qū)分動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒的不同適用條件。
教學(xué)方法與準(zhǔn)備
教學(xué)方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實(shí)驗(yàn)演示法
教具準(zhǔn)備
氣墊導(dǎo)軌、光電門、滑塊（帶彈簧與粘扣）、數(shù)據(jù)采集器、多媒體課件、籃球與乒乓球
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)
情景導(dǎo)入：生活中的碰撞之謎
【5分鐘】 一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)認(rèn)知沖突 （一）、播放兩段視頻并提問：
視頻1：兩個(gè)鋼球在光滑桌面上發(fā)生碰撞后分開，各自繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。
視頻2：一輛汽車追尾前方車輛，兩車碰撞后緊緊貼在一起滑行。
1. 提問引導(dǎo)：“同樣是碰撞，為什么結(jié)果如此不同？一個(gè)‘彈開’，一個(gè)‘黏住’？這背后隱藏著怎樣的物理規(guī)律？”
2. 進(jìn)一步追問：“我們已經(jīng)學(xué)過動(dòng)量守恒，那么在這兩種情況下，動(dòng)量是否都守恒？動(dòng)能呢？有沒有可能動(dòng)量守恒但動(dòng)能不守恒？”
3. 展示課題：“今天我們就來揭開這個(gè)謎底——《彈性碰撞和非彈性碰撞》。”
二、動(dòng)手體驗(yàn)，感知差異 （一）、分發(fā)器材，組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)初探：
每位小組發(fā)放一個(gè)籃球和一個(gè)乒乓球。
1. 指令：“請將乒乓球放在籃球上方，同時(shí)釋放讓它們自由下落，觀察落地后的反彈情況。”
2. 觀察提示：“注意乒乓球反彈的高度是否超過初始釋放高度？這是能量憑空產(chǎn)生了嗎？”
3. 引導(dǎo)思考：“籃球與地面、乒乓球與籃球之間發(fā)生了什么類型的碰撞？為什么會(huì)出現(xiàn)這種‘超常’反彈？”
4. 過渡語：“就像牛頓曾說：‘我之所以看得更遠(yuǎn)，是因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏稀！裉煳覀儯驹诨@球和乒乓球的碰撞之上，去探尋那看不見的能量流轉(zhuǎn)。” 1. 觀看視頻，思考問題。
2. 動(dòng)手操作，觀察現(xiàn)象。
3. 小組討論，提出猜想。
4. 分享初步發(fā)現(xiàn)。
評(píng)價(jià)任務(wù) 現(xiàn)象描述：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
初步猜想：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過生活化視頻與趣味小實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，激活已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生對碰撞本質(zhì)的深度好奇。以“為什么有的彈開、有的黏住”為核心驅(qū)動(dòng)問題，自然引出本課主題，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性探究的過渡。
概念建構(gòu)：什么是彈性與非彈性？
【12分鐘】 一、回顧舊知，搭建橋梁 （一）、復(fù)習(xí)動(dòng)量守恒條件：
1. 提問：“動(dòng)量守恒的條件是什么？”引導(dǎo)學(xué)生回答：“系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零。”
2. 強(qiáng)調(diào)：“在碰撞過程中，由于作用時(shí)間極短，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，因此可以認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒。”
3. 板書核心公式：
動(dòng)量守恒表達(dá)式：
m v + m v = m v + m v
動(dòng)能計(jì)算公式：
E = mv
二、引入新知，定義分類標(biāo)準(zhǔn) （一）、展示三種典型碰撞情形：
情形A：兩個(gè)相同質(zhì)量的小球發(fā)生對心碰撞，碰撞后交換速度。
情形B：子彈打入木塊并嵌入其中，共同運(yùn)動(dòng)。
情形C：分子間碰撞、原子核散射等微觀過程。
1. 提問：“比較這三種情況，除了動(dòng)量守恒外，還有什么量發(fā)生了變化？”
2. 引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算三種情形下的總動(dòng)能變化：
- 情形A：碰撞前E = mv + 0，碰撞后E = 0 + mv → E = E
- 情形B：明顯E < E ，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
- 情形C：接近無能量損失
3. 歸納得出：
若碰撞前后系統(tǒng)總動(dòng)能相等，則稱為**彈性碰撞**；
若碰撞前后系統(tǒng)總動(dòng)能減少，則稱為**非彈性碰撞**；
特別地，若碰撞后兩物體粘連一起運(yùn)動(dòng)，動(dòng)能損失最大，稱為**完全非彈性碰撞**。
（二）、強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵點(diǎn)：
1. “彈性”≠“形狀恢復(fù)”，而是指“動(dòng)能是否守恒”。即使物體變形也能是彈性碰撞（如原子級(jí)碰撞）。
2. 所有宏觀碰撞都有能量損失，真正的彈性碰撞是理想模型。
3. 完全非彈性碰撞是動(dòng)能損失最多的碰撞類型，具有重要實(shí)際意義（如緩沖裝置設(shè)計(jì)）。 1. 回憶動(dòng)量守恒條件。
2. 參與動(dòng)能計(jì)算比較。
3. 理解三類碰撞定義。
4. 辨析“彈性”的本質(zhì)。
評(píng)價(jià)任務(wù) 概念理解：☆☆☆
分類判斷：☆☆☆
公式應(yīng)用：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過典型實(shí)例對比，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)動(dòng)能變化規(guī)律，從而自然構(gòu)建“彈性”與“非彈性”的概念框架。強(qiáng)調(diào)“動(dòng)能是否守恒”這一核心判據(jù)，避免學(xué)生陷入“是否彈開”的表象誤區(qū)。通過理想模型與現(xiàn)實(shí)差異的說明，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建模意識(shí)。
實(shí)驗(yàn)探究：驗(yàn)證動(dòng)量守恒與動(dòng)能變化
【15分鐘】 一、演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作 （一）、介紹實(shí)驗(yàn)裝置：
1. 展示氣墊導(dǎo)軌系統(tǒng)：“利用氣墊減小摩擦，使滑塊近似做無阻力運(yùn)動(dòng)。”
2. 介紹滑塊類型：一種帶有彈性彈簧（模擬彈性碰撞），另一種帶有 Velcro 粘扣（模擬完全非彈性碰撞）。
3. 說明測量方式：使用光電門測量滑塊通過時(shí)間，結(jié)合已知寬度計(jì)算速度。
二、進(jìn)行三組對比實(shí)驗(yàn) （一）、實(shí)驗(yàn)一：彈性碰撞（彈簧對接）
1. 設(shè)置 m = m ，v20 = 0，v10 ≠ 0。
2. 釋放滑塊，記錄碰撞前后速度。
3. 數(shù)據(jù)展示：
碰撞前：v10 = 0.60 m/s, v20 = 0
碰撞后：v ≈ 0.02 m/s, v ≈ 0.58 m/s
4. 引導(dǎo)計(jì)算：
動(dòng)量守恒驗(yàn)證：m×0.60 + 0 ≈ m×0.02 + m×0.58 → 成立
動(dòng)能比較： m(0.60) ≈ 0.18m， m(0.02) + m(0.58) ≈ 0.168m → 基本相等（微小損失源于空氣阻力）
（二）、實(shí)驗(yàn)二：完全非彈性碰撞（粘扣連接）
1. 更換滑塊端部為粘扣，保持 m = m ，v = 0。
2. 釋放滑塊，記錄碰撞后共同速度。
3. 數(shù)據(jù)展示：
碰撞后：v = 0.30 m/s
4. 引導(dǎo)計(jì)算：
動(dòng)量守恒驗(yàn)證：m×0.60 + 0 = (m+m)×0.30 → 0.60m = 0.60m → 成立
動(dòng)能比較：
初始動(dòng)能： m(0.60) = 0.18m
末態(tài)動(dòng)能： (2m)(0.30) = 0.09m → 損失50%！
（三）、實(shí)驗(yàn)三：不同質(zhì)量彈性碰撞
1. 設(shè)置 m = 2m ，v = 0，v ≠ 0。
2. 演示后給出數(shù)據(jù)：
v = 0.50 m/s → v ≈ 0.17 m/s, v ≈ 0.67 m/s
3. 驗(yàn)證動(dòng)量與動(dòng)能：
動(dòng)量：2m×0.50 = 2m×0.17 + m×0.67 → 1.00m ≈ 0.34m + 0.67m = 1.01m → 守恒
動(dòng)能： (2m)(0.50) = 0.25m
(2m)(0.17) + m(0.67) ≈ 0.029m + 0.224m = 0.253m → 基本不變
三、總結(jié)規(guī)律 （一）、歸納結(jié)論：
1. 所有碰撞中，只要滿足條件，動(dòng)量一定守恒。
2. 動(dòng)能不一定守恒：彈性碰撞中守恒，非彈性碰撞中減少。
3. 完全非彈性碰撞動(dòng)能損失最多，適用于需要吸收沖擊的場景（如安全氣囊）。 1. 觀察實(shí)驗(yàn)裝置。
2. 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3. 計(jì)算動(dòng)量與動(dòng)能。
4. 驗(yàn)證守恒關(guān)系。
評(píng)價(jià)任務(wù) 數(shù)據(jù)記錄：☆☆☆
計(jì)算準(zhǔn)確：☆☆☆
規(guī)律歸納：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過精密實(shí)驗(yàn)直觀呈現(xiàn)碰撞過程中的動(dòng)量與動(dòng)能變化，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。三組實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)，覆蓋等質(zhì)量、不等質(zhì)量、彈性與完全非彈性等多種情況，幫助學(xué)生全面把握規(guī)律。數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可重復(fù)性提升了課堂的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。
模型應(yīng)用：解決實(shí)際問題
【8分鐘】 一、例題講解：臺(tái)球碰撞模型 （一）、出示題目：
在水平桌面上，質(zhì)量為 m 的白球以速度 v 正面撞擊靜止的質(zhì)量也為 m 的黑球。假設(shè)碰撞為彈性碰撞，求碰撞后兩球的速度。
（二）、引導(dǎo)學(xué)生列方程：
1. 動(dòng)量守恒：mv = mv + mv v = v + v
2. 動(dòng)能守恒： mv = mv + mv v = v + v
3. 聯(lián)立解得：v = 0, v = v
4. 結(jié)論：質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性正碰，交換速度。
二、拓展思考：交通事故分析 （一）、情境設(shè)置：
一輛貨車與一輛轎車同向行駛，發(fā)生追尾。若兩車碰撞后鎖死一起滑行，屬于哪種碰撞？動(dòng)能如何變化？
1. 明確：完全非彈性碰撞。
2. 解釋：大量動(dòng)能轉(zhuǎn)化為車身形變能、熱能和聲能，造成嚴(yán)重?fù)p傷。
3. 應(yīng)用延伸：為何汽車安裝保險(xiǎn)杠和吸能區(qū)？就是為了控制能量釋放過程，保護(hù)乘員。
4. 升華語：“正如居里夫人所說：‘科學(xué)的基礎(chǔ)是健康的身體。’而我們今日所學(xué)的碰撞原理，正是守護(hù)生命安全的物理基石。” 1. 參與方程建立。
2. 推導(dǎo)解題過程。
3. 解釋實(shí)際現(xiàn)象。
4. 理解安全意義。
評(píng)價(jià)任務(wù) 建模能力：☆☆☆
解題規(guī)范：☆☆☆
應(yīng)用遷移：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 通過典型例題鞏固知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生建立物理模型和聯(lián)立方程求解的能力。聯(lián)系交通事故的實(shí)際案例，體現(xiàn)物理知識(shí)的社會(huì)價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)與情感態(tài)度的融合升華。
課堂總結(jié)：從碰撞到人生啟示
【5分鐘】 一、結(jié)構(gòu)化回顧 （一）、梳理知識(shí)脈絡(luò)：
今天我們沿著“現(xiàn)象—概念—實(shí)驗(yàn)—應(yīng)用”的路徑，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了碰撞問題：
1. 所有碰撞都滿足動(dòng)量守恒（前提是合外力為零或可忽略）；
2. 根據(jù)動(dòng)能是否守恒，分為彈性碰撞（動(dòng)能守恒）、非彈性碰撞（動(dòng)能減少）和完全非彈性碰撞（動(dòng)能損失最大）；
3. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些規(guī)律，也讓我們看到理想與現(xiàn)實(shí)的差距；
4. 所學(xué)知識(shí)可用于解釋臺(tái)球運(yùn)動(dòng)、優(yōu)化交通安全設(shè)計(jì)等實(shí)際問題。
二、升華式總結(jié) （一）、賦予哲理內(nèi)涵：
“人生就像一次次碰撞。有時(shí)我們像彈性碰撞一樣，彼此激勵(lì)、交換能量、各自前行；有時(shí)又像完全非彈性碰撞，不得不緊密相連、共同承擔(dān)。但無論哪種形式，總有一些東西是守恒的——那就是我們的初心與信念。愿你們在未來的人生旅途中，既能靈活應(yīng)對每一次‘撞擊’，也能在損失中汲取成長的力量，始終朝著正確的方向前進(jìn)。” 1. 回顧知識(shí)點(diǎn)。
2. 反思學(xué)習(xí)過程。
3. 感悟物理之美。
4. 聯(lián)系生活哲理。
評(píng)價(jià)任務(wù) 知識(shí)梳理：☆☆☆
思想感悟：☆☆☆
價(jià)值認(rèn)同：☆☆☆
設(shè)計(jì)意圖 采用“結(jié)構(gòu)化+升華式”雙重總結(jié)策略，既幫助學(xué)生形成清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，又通過富有詩意的語言將物理規(guī)律升華為人生智慧，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo)。結(jié)尾寄語溫暖有力，激發(fā)學(xué)生積極向上的情感共鳴。
作業(yè)設(shè)計(jì)
一、基礎(chǔ)鞏固：判斷與計(jì)算
1. 判斷下列說法是否正確，錯(cuò)誤的請改正：
（1）只要發(fā)生碰撞，系統(tǒng)的動(dòng)量就一定守恒。（ ）
（2）彈性碰撞中，系統(tǒng)的動(dòng)能一定守恒。（ ）
（3）完全非彈性碰撞中，碰撞后兩物體的速度相同。（ ）
（4）所有宏觀物體之間的碰撞都是完全非彈性碰撞。（ ）
2. 質(zhì)量為 2kg 的物體 A 以 3m/s 的速度與靜止的質(zhì)量為 1kg 的物體 B 發(fā)生彈性正碰，求碰撞后 A 和 B 的速度。
二、實(shí)驗(yàn)探究：家庭小實(shí)驗(yàn)
取兩個(gè)相同的玻璃彈珠，在光滑地板上進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)：
1. 讓一個(gè)彈珠撞擊另一個(gè)靜止的彈珠，觀察運(yùn)動(dòng)情況。
2. 測量或估算碰撞前后的速度變化（可用手機(jī)慢動(dòng)作拍攝輔助）。
3. 分析該碰撞接近于哪類碰撞？說明理由。
三、拓展閱讀與寫作
查閱資料，了解“粒子對撞機(jī)”是如何利用彈性碰撞原理研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的。寫一段 200 字左右的文字，談?wù)勀銓Α拔⒂^碰撞揭示宇宙奧秘”的理解。
【答案解析】
一、基礎(chǔ)鞏固
1. （1）× 改正：只有當(dāng)系統(tǒng)所受合外力為零或內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力時(shí)，動(dòng)量才守恒。
（2）√
（3）√
（4）× 改正：大多數(shù)宏觀碰撞是非彈性的，但并非完全非彈性。
2. 解：由動(dòng)量守恒：2×3 = 2vA + 1vB → 6 = 2vA + vB
由動(dòng)能守恒： ×2×9 = ×2×vA + ×1×vB → 9 = vA + 0.5vB
聯(lián)立解得：vA = 1 m/s, vB = 4 m/s
二、實(shí)驗(yàn)探究
提示：應(yīng)接近彈性碰撞，因玻璃彈珠硬度高，能量損失小，碰撞后幾乎交換速度。
板書設(shè)計(jì)
彈性碰撞與非彈性碰撞
───────────────────────
一、動(dòng)量守恒（普遍成立）
條件：F_合≈0 或 t 極短
公式：m v10 + m v20 = m v + m v
二、動(dòng)能變化 → 分類依據(jù)
1. 彈性碰撞：ΔE = 0（理想模型）
如：鋼球、分子碰撞
2. 非彈性碰撞：ΔE < 0
→ 完全非彈性：v ' = v '，ΔE 最大
如：汽車追尾、子彈打木塊
三、應(yīng)用：
臺(tái)球交換速度（等質(zhì)量彈性正碰）
安全設(shè)計(jì)：吸能結(jié)構(gòu)減少傷害
教學(xué)反思
成功之處
1. 以“籃球托舉乒乓球”實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，極具視覺沖擊力，迅速點(diǎn)燃學(xué)生興趣，有效激發(fā)探究欲望。
2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)層次分明，數(shù)據(jù)真實(shí)可信，學(xué)生在觀察與計(jì)算中深刻體會(huì)到動(dòng)量守恒的普適性與動(dòng)能變化的多樣性。
3. 將物理規(guī)律與交通安全、人生哲理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。
不足之處
1. 對“系統(tǒng)”概念的強(qiáng)調(diào)仍顯不足，部分學(xué)生在分析碰撞對象時(shí)仍存在混淆。
2. 課堂節(jié)奏略緊，個(gè)別小組未能充分完成數(shù)據(jù)處理，下次可提前提供計(jì)算模板。
3. 對非彈性碰撞中能量轉(zhuǎn)化的具體形式（如熱、聲）講解不夠深入，可補(bǔ)充慢鏡頭視頻增強(qiáng)感知。

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