視頻簡介：
視頻標簽：碰撞中的,不變量
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理人教版選修3-5實驗探究《碰撞中的不變量》（天津市54中）
教學設計、課堂實錄及教案：高中物理人教版選修3-5實驗探究《碰撞中的不變量》
1設計思想
新教科書關于第十六章的教學,主要突出兩點:體現學習中的探究精神;強調物理學中“不變量”的思想。讓學生通過探究體會碰撞中不變量的猜想和認知過程;體驗學習實驗探究的過程,合作探究碰撞前后物塊速度的獲得方法。培養學生對物理學科的興趣和熱情,提高探究能力和交流協作能力。
2學情分析
學生已經學習了一些運動規律,了解了物理的研究方法,具備了實驗設計的能力和實驗操作的技能;對碰撞有生活感性認知;有一定的分析能力和邏輯推理能力;并 在“機械能及其守恒定律”一章中有過類似的探究經歷和體驗。但對于學生來說提出猜想還是比較困難的,教師應通過實驗,引導學生分析形成邏輯遞進的過程。同 時在設計實驗方法測量碰撞前后物體的速度時會困難較大,老師應在學生的探究過程中幫助回憶學習過的運動規律和物理方法。
3學習內容分析
課標對本課教學內容的基本要求:1.猜想兩個物體碰撞前、后可能保持不變的物理量,寫出相應的表達式。2.知道碰撞的不同類 型,知道一維碰撞的實驗方法。3.會設計比較完整的實驗方案,知道實驗需測的物理量和所需器材。4.知道質量改變的方法,會測量物塊(小球)的質量。5. 知道物塊(小球)碰撞前、后速度的測量方法。6.知道兩個碰撞物塊粘連在一起運動的操作方式。能合理安排操作步驟,完成實驗操作。7.能設計實驗記錄表并 記錄數據。
在探究不變量的過程中,涉及到的知識包括動能定理、直線運動規律、平拋運動等基本知識和物理模型。教師通過引導學生回憶所掌握的知識和研究方法,讓 學生通過教師的實驗引導和自己的探究體驗與邏輯分析以及通過實驗案例的設計和操作去發現碰撞過程中的確存在某個不變量,這是探究精神的體現,更是科學方法 的教育。
4教學目標
一、知識與技能
1.明確探究不變量的基本思路,知道一維碰撞。
2.知道碰撞前后相關的物理量,會猜想碰撞前后可能保持不變的物理量。
3.掌握一維碰撞運動的兩個物體碰撞前后的速度測量方法。
4.會設計實驗方案,安排操作步驟。
5.能完成實驗的基本操作,掌握實驗數據處理的方法。
二、過程與方法
1.通過對比試驗,提高學生觀察試驗的能力。
2.通過對實驗現象進行對比分析,提升學生邏輯推理的能力。
3.經歷實驗探究的過程,培養學生設計試驗方案的能力和創新意識,認識到轉換替代思想是常用方法。
4.在分組試驗的過程中,提高學生熟練操作和數據處理的能力。
三、情感態度與價值觀
1.通過對實驗的觀察和分析,培養學生積極主動思考問題的習慣,并提高其思考的全面性、準確性和邏輯性。
2.通過對實驗現象的闡述,提高學生的語言表達能力。
3.通過對不變量猜測的過程,提高學生對科學探究的興趣和熱情。培養學生主動與他人合作的精神。
4.通過對實驗數據的記錄和處理,培養學生實事求是的科學態度。
5重點
1.猜想兩個物體碰撞前、后保持不變的物理量的可能表達式。
2.如何合理測量物塊碰撞前后的速度。
3.實驗數據的處理
6難點
1.如何能夠使學生順理成章的猜想兩個物體碰撞前、后保持不變的物理量的表達式。
2.設計測量碰撞前、后物塊速度的實驗方案。
7信息技術及其它資源的應用
在本節課的教學中利用了多媒體和計算機輔助教學,通過播放視頻使學生對碰撞的認識更為形象直觀。同時利用傳感器和計算機輔助設備使探究不變量的數據處理更 為簡便和高效。利用牛頓擺讓學生真切感受不變量的存在,同時利用小車和水平軌道演示碰撞過程,證實不變量與物體的質量有關。主要教學用具有多媒體輔助教學 設備,實驗室提供的實驗器材,小車、導軌、牛頓擺、細線、小球、平拋演示儀,傳感器、數據采集器。
8教學方法和手段
教學方法:運用物理“科學探究”和“實驗探究”相結合的教學模式實施教學。
教學手段:多媒體輔助與演示實驗引導
9教學過程
9.1 第一學時
9.1.1學習內容分析
課標對本課教學內容的基本要求:1.猜想兩個物體碰撞前、后可能保持不變的物理量,寫出相應的表達式。2.知道碰撞的不同類型,知道一維碰撞的實驗方法。 3.會設計比較完整的實驗方案,知道實驗需測的物理量和所需器材。4.知道質量改變的方法,會測量物塊(小球)的質量。5.知道物塊(小球)碰撞前、后速 度的測量方法。
9.1.2教學目標
一、知識與技能
1.明確探究不變量的基本思路,知道一維碰撞。
2.知道碰撞前后相關的物理量,會猜想碰撞前后可能保持不變的物理量。
3.掌握一維碰撞運動的兩個物體碰撞前后的速度測量方法。
4.會設計實驗方案,安排操作步驟。
二、過程與方法
1.通過對比試驗,提高學生觀察試驗的能力。
2.通過對實驗現象進行對比分析,提升學生邏輯推理的能力。
3.經歷實驗探究的過程,培養學生設計試驗方案的能力和創新意識,認識到轉換替代思想是常用方法。
三、情感態度與價值觀
1.通過對實驗的觀察和分析,培養學生積極主動思考問題的習慣,并提高其思考的全面性、準確性和邏輯性。
2.通過對實驗現象的闡述,提高學生的語言表達能力。
3.通過對不變量猜測的過程,提高學生對科學探究的興趣和熱情。培養學生主動與他人合作的精神。
9.1.3重點
1.猜想兩個物體碰撞前、后保持不變的物理量的可能表達式。
2.如何合理測量物塊碰撞前后的速度。
9.1.4難點
1.如何能夠使學生順理成章的猜想兩個物體碰撞前、后保持不變的物理量的表達式。
2.設計測量碰撞前、后物塊速度的實驗方案。
9.1.5信息技術及其它資源的應用
在本節課的教學中利用了多媒體和計算機輔助教學,通過播放視頻使學生對碰撞的認識更為形象直觀。同時利用傳感器和計算機輔助設備使探究不變量的數據處理更 為簡便和高效。利用牛頓擺讓學生真切感受不變量的存在,同時利用小車和水平軌道演示碰撞過程,證實不變量與物體的質量有關。主要教學用具有多媒體輔助教學 設備,實驗室提供的實驗器材,小車、導軌、牛頓擺、細線、小球、,傳感器、數據采集器。
9.1.6教學流程圖
9.1.7教學方法和手段
教學方法:運用物理“科學探究”和“實驗探究”相結合的教學模式實施教學。
教學手段:多媒體輔助與演示實驗引導。
9.1.8板書設計
9.1.9教學反思
一、教學活動的經驗
通過本節課的教學,基本上完成了教學要求,達到了我的預期效果。里面值得肯定的地方有以下幾個方面
1、 重視培養學生的興趣。
興趣是最好的老師。通常現象鮮明直觀的演示實驗和能使學生多觀察、多動手的學生實驗,利用設懸念、擺疑點、設置矛盾的方法,可以激發起學生的興趣; 比如在觀察牛頓擺時,通過讓學生觀察“對稱運動”,使學生感受碰撞過程中不變量的存在。利用紅、藍兩車的碰撞演示,抓住學生眼球,激發學生的興趣,通過觀 察證實,質量雖然不是我們要找的不變量,但是卻與我們要找的不變量有關,便于學生理解。
2、 讓學生在活動掌握物理知識
在組織教學中讓學生做中學、做好以后說出來。充分發揮教師的指導作用,讓學生在探究過程中,體驗和領悟科學的思想觀念、科學家研究問題的方法。相信學生的能力,讓學生在充分動腦、動手、動口過程中主動積極的學。
3、 采用靈活多樣的教學方式
通過靈活多樣的教學讓學生經歷真實的學習過程, “真實”,體現在教學中的的循循善誘、真誠幫助、嚴格要求和規范訓練的方法之中;在學生不同方法的交流、不同思想不同觀點的碰撞和懷疑、爭論、發散、及統 一。在真情實感的表揚之中;在機敏地捕捉動態生成的教育教學資源,對預設教案的必要調整和舍棄之中。
4、發揮多媒體技術在物理課堂教學中的優勢。
創建物理情景、渲染氣氛,增強學生求知的興趣。在課堂教學中合理借助于多媒體技術,輕松的引領學生進入直觀、形象、甚至虛擬的場景,使學生猶如身臨其境,學習興趣倍增。
二、存在的問題和不足
動態生成的課堂教學與預設有偏差,課堂教學不夠完美
1、在引發學生的討論過程中,學生的參與面不夠廣泛,因為學生的能力之間有差異所以使得個別同學沒有參與到討論中來,還只是停留在傾聽的層面。
2、學生在提出想法以后,我沒有及時對學生的想法和思路的突破給予充分肯定,導致一定程度上使學生積極表達的熱情降低,自己有想法但對表達自己的想發沒有熱情。
3、討論不夠充分,由于預設方案的影響,所以個人在組織討論的過程中還是受到束縛,沒有給學生更大的空間,使探究過程不豐滿,課堂教學不夠充實。
三、改進方法
1、教學要關注全體,及時關注沒有積極參與到課堂活動中的同學,對個別學生要重點引導,照顧多個層面,提高學生的參與性。
2、思維方法是解決問題的根本,更是物理教學的關鍵。在今后的教學中解放思想,充分發揮學生的主體地位,給學生更多的空間。
3、在教學過程中應盡可能多的去引導學生自己得出方案。盡可能對學生的積極表達做出肯定,及時鼓勵學生,讓學生體會到在課堂探究過程中的成就感,培養協作能力和團隊精神
。
9.1.10教學活動
活動1【導入】導入新課
[視頻展示]生活中的不同碰撞現象。
教師引導學生回憶在直線運動曲線運動以及天體運動的學習過程中,都研究了一個不變量,引導學生認識到對某個不變量的研究會使復雜的物理過程變得更加簡單,并引導同學猜想生活中有哪些常見的碰撞現象。通過關注自然,觀察生活實踐,提出探究問題的情境。
[課堂互動實驗演示 牛頓擺]
這個實驗能吸引學生眼球。演示過程中分別拉起一個,兩個,三個,四個小球,放開后讓其相互碰撞。并向同學演示同時從兩側各拉起兩個小球到等高出釋放后讓其相互碰撞,提示學生觀察并感受碰撞前后的對稱運動想象,讓學生用自己的物理語言來描述以上現象。引導學生感受不變量的存在。提出學習和探究這類碰撞中的物理規律是具有社會意義和科學價值的,從而引出新課。
活動2【講授】實驗探究基本思路
1.一維碰撞
教師引導學生用自己的語言描述最簡單的碰撞,給出一維碰撞的概念
2.研究不變量
教師引導學生思考并得出與一維碰撞相關的物理量只有質量和速度這兩個物理量。提出質量碰撞前碰撞后都不變,它是否是我們要找的不變量這一問題。最后得出質量雖在碰撞前后都不變,但并不是我們找到不變量。進一步引導學生思考質量與我們要追尋的不變量是否有關。引導學生觀察對比試驗。
活動3【活動】探究不變量
[對比試驗]
通過對比試驗發現:
現象一:質量相等的紅車與靜止的藍車相碰,碰撞后紅車停藍車向前運動。
現象二:質量不等的紅車與靜止的藍車相碰(紅車質量大于藍車),碰撞后紅車、藍車以不同速度繼續向前。
現象三:質量不等的紅車與靜止的藍車相碰(紅車質量小于藍車),
碰撞后紅車反彈,藍車以較小速度向前。
通過觀察試驗引導學生用自己的語言表述試驗結論即兩個物體碰撞前后速度都發生了變化,但質量比不同的兩個物體碰撞后速度變化的情況不一樣,明確要找的不變量與物體在碰撞前后的質量和速度有關,引導學生進行猜想
設兩個物體的質量分別為 , ,碰撞前速度分別為 , , 碰撞后速度分別為 , 。
根據猜想的一般原理由簡單到復雜,由單一到多樣,由數學表達語言的對稱和和諧出發,碰撞后兩個物體是否存在某中關系,學生根據學過的知識會首先提出
猜想: (認為能量守恒)m1 v21 +m2 v22 =m1 v′21 +m2 v′22
教師繼續引導,既與質量有關又與速度有關的不變量還可能有哪些形式呢?
學生思考得出:m1v1 + m2v2 = m1v′1 + m2 v′2
m1
v1 +
m2
v2 =
m1
v′1 +
m2
v′2
活動4【講授】探究實驗方案
教師提出:
(一)實驗條件的保證
實驗必須保證碰撞是一維的
(二)實驗數據的測量方法
1.用天平測量兩物體的質量
2.測量兩個物體在碰撞后的速度
教師引導學生猜想測量物體的速度有哪些方法。組織學生利用所學的知識如勻速直線運動、平拋運動、功能轉化或者利用接觸過的實驗器材和裝置,設計實驗方案解決測速度的問題進行互動探究。教師帶領學生從不同角度分析方案,設計問題,組織學生討論。教師主要從如何安裝,怎樣操作,測速原理,實施可行性、誤差分析、數據處理等方面提出問題。
活動5【活動】方案一：利用擺球測速
教師引導學生討論后得出:
1.測速原理:可以測量小球被拉起的角度,從而算出碰撞前對應小球的速度,測量碰撞后小球擺起的角度,算出碰撞后對應小球的速度。
2.安裝:把兩個半徑相等的小球用等長懸線懸掛起來。
3.實驗操作:一個小球靜止,拉起另一個小球,放下時它們相碰。
4.優勢:操作簡單、易于實現、適用于多種碰撞情況。
5.問題:數據測量誤差較大
6.如何規避問題:盡量減少被測對象,可利用該方案研究做碰撞后粘在一起的情況。
教師引導學生通過所學的知識比如從能量轉化的角度解決獲得碰撞前后物體的速度的問題。讓學生通過自己的推理得出測速原理。并繼續引導學生討論此方案的優勢和不足。
再得出存在測量數據誤差較大的問題后,教師進一步組織學生討論如何優化此方案,學生經過討論后得出可以減少測量次數,讓兩球碰后粘在一起這一方法。
活動6【活動】方案二 打點計時器、小車
教師逐次引導學生經過討論得出:
1.測速原理:通過紙帶上兩計數點間的距離及時間,由v=
Δx
Δt 算出速度.
2.安裝:將打點計時器固定在長木板的一端,把紙帶穿過打點計時器,連在小車的后面,在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥.
3.實驗:接通電源,讓小車A運動,小車B靜止,兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中,把兩小車連接成一體一起運動.
4.優勢:實驗器材熟悉,操作熟練,原理簡單明確。
5.注意問題:
(1)在實驗室條件下為保證勻速直線運動,需平衡摩擦力。
(2)只能適用于碰后粘在一起的模型。所研究碰撞模型情況單一。
教師繼續引導學生可利用學過的知識,還有沒有能夠解決測速度的問題的方案。讓學生動腦討論得出改進方法。
利用打點計時器測速度是學生在高一年級做過的實驗,所以學生比較容易想到此方法。但在這節課中應組織學生重點討論如何設計方案解決兩個物體在碰撞前后的速度,組織學生就這一問題展開討論。
學生經過討論后得出讓碰撞后兩物體粘在一起,便可以通過同一紙帶得到兩物體在碰撞前后的速度。
教師進一步提出如果碰后兩個物體不粘在一起,如何改進實驗方案才能獲得兩個物體碰撞后的速度,引導學生積極討論。得出利用光電門等方法解決此問題。
活動7【活動】方案三 利用等大小球做平拋運動
教師引導學生討論后得出:
1.測速原理:測出碰撞前后各球落點到O間的距離XOP、XOM、XON,各球空中運動時間均相同,設為⊿t,可得速度為
2.安裝:將斜槽固定在桌邊,使槽的末端點切線水平,調節實驗裝置使兩小球碰時處于同一水平高度,且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行,以確保正碰后的速度方向水平。
3.實驗:
(1)在地上鋪一張白紙,在白紙上鋪放復寫紙.
(2)在白紙上記下重垂線所指的位置O,它表示入射球m1碰前的位置。
(3)先不放被碰小球,讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下,重復10次,用圓規畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面,圓心就是入射小球未發生碰撞前的落地點P.
(4)把被碰小球放在斜槽的末端,讓入射小球從同一高度滾下,使它發生正碰,重復10次,求出入射小球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N.
(5)過O和N在紙上作一直線.
(6)用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度.用長度替代速度去探究。
4.優勢:實驗中不需要測量時間,也不需要測量桌面的高度,轉換的思想,利用唯一代替速度,數據處理工作簡單。
5.注意問題:
(1)斜槽末端的切線要水平;
(2)從同一高度釋放小球 ;
(3)能正確判斷小球碰撞前后的落點( m1 >m2 );
(4) 用正確的方法從落點的痕跡找出落點的位置,需重復多次,實驗操作較為復雜。碰撞點反復彈跳,落點不清晰,同時小球在實驗室里反復亂滾影響集體實驗效率和精度。
教師引導學生思考,有沒有更簡單準確的方式,結合現代科技、計算機技術。
學生一般不容易直接想出利用平拋運動測速度,教師提示學生利用轉換替代的思想方法,并且進一步針對此方案的細節,著重讓學生針對操作中的注意事項進行分析討論,這樣不僅使實驗原理更為清晰,同時有利于此方案的實際操作。
活動8【活動】方案四
利用傳感器、小車測速度
教師引導學生結合現代科技思考得出可以用傳感器結合數據采集器與計算機完成實驗,教師向學生介紹利用傳感器收集的物理量信息,通過數據采集器轉換給計算機,計算通過用計算軟件得到兩物體在被碰前后的速度。這種方式可以應用于多種情況下的碰撞運動,且測量準確。最后教師總結傳統實驗與計算機輔助實驗各有優勢,在明確實驗基本思路和經歷科學探究的過程之后,可以選取自己喜歡的方式去進行實驗。
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
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