高二《探究碰撞中的不变量》导学案

一、生产、生活中的碰撞现象
举出几个你所遇到的生产、生活中的碰撞现象的例子：
  用录像片段和实验展示几种生活中的碰撞,并展示两个等大等质量小球的碰撞实验.

二、猜想一维碰撞中的不变量
1）分析等质量小球的碰撞实验
a、引导学生分析出观察到的现象中包含了几个运动过程: 三个
1:小球1下摆的过程
2:小球1和2碰撞的过程(很短暂)
3:小球2上摆的过程(注意得出小球2上摆的角度和小球1下摆前的角度相等)
b、碰撞前后的运动状态的变化
    小球1速度减少，小球2速度增加。减少的量等于增加的量（小球1把速度传递给了小球2）。引导学生想到这样的碰撞中仿佛有什么量在保持不变，并找到这个量。显然在这个实验中碰撞前的速度之和等于碰撞后的速度之和。这个不变量是速度。
2）进行质量大的球碰质量小的球的实验
    分析这次碰撞前后小球1、2的速度变化关系，小球1速度减少，小球2 速度增加，通过小球2上摆的角度超过小球1下摆前的角度可以开到在这次碰撞中，碰撞前的速度之和明显大于碰撞后的速度之和。
3）思考两次碰撞的结论，猜想第二次碰撞前后的不变量。
    显然产生不同结果的原因是因为两次碰撞中球的质量发生变化了，在质量相等的情况下速度是不变量，但是质量不等时却不是了。那么是不是会有个包含了质量和速度的物理量，在碰撞前后保持不变呢？猜想这个包含了质量和速度的不变量。
这时学生可能会无从下手，也可能会猜到mv等，根据学生的反应来进行下面的分析。
如果学生猜不到，则讲述猜不到是正常的，就像牛顿不可能只是被苹果打到头后就想到了万有引力一样，因为他之前已经有第谷的观察数据和开普勒的对数据的研究，才使牛顿得到了万有引力定律。所以就开始进行实验，测量几组碰撞前后的质量速度的数据，通过观察数据再来进行猜想。
如果学生猜想到了，那么也不要盲目表扬学生，要问学生猜想的根据是什么，有什么理由。当然学生可能说不上来，也没有关系，只要敢猜，也值得表扬。但是要说明物理中的猜想并非盲目的猜想，我们通过前面的碰撞例子，虽然没有数据，但是也可以以此为依据猜出一些，只是这种猜想可能准确性不高。为了验证猜想的准确性，就要开始进行实验测量。

三、设计实验来验证我们的猜想
1）实验中需要测量的物理量：
质量和速度
2）测量物理量的方法：
质量：天平
速度：光电门，摆球到最高点的摆角，打点计时器……..
3）如何设计一个一维碰撞的实验：
  实际中的碰撞非常复杂，像桌球的碰撞，碰前的速度和碰后的速度可能根本不在一条直线上（二维碰撞），所以这样的碰撞太过复杂，我们可以先从简单的碰撞研究起，比如在一条直线上的碰撞（一维碰撞），碰后两物体粘在一起的碰撞（完全非弹性碰撞）研究起。
1、气垫导轨上小车的碰撞，用光点计时器来测速
2、摆球的碰撞（碰撞前一瞬间和后一瞬间速度都在同一直线上），通过测角度来测速
3、小车的碰撞，用打点计时器测速（碰后必须粘在一起，并且开始一小车必需先静止）
……
五、用气垫导轨和光电计时装置进行实验
 
注意碰撞前后速度填写的时候还必须考虑到速度的方向,如果学生没有猜到mv等，则只显示质量速度的表格，如果猜到了，则同时显示mv等表格。
 
 
 
 
六、碰撞中的不变量
  即使找到了上诉实验中可能不变的量，但是这个结论仍然只是猜想，要想使猜想成为一条定律，还要根据实验结果推导出许许多多新结论都与事实一致。
  我们今天找到的这个物理量叫动量，最早由法国科学家笛卡尔在17世纪时提出。