高中物理 第十六章 第一節(jié) 探究碰撞中的不變量學(xué)案 新人教版選修3-5

1、第十六章 動(dòng)量守恒定律 1 探究碰撞中的不變量【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1明確探究碰撞中的不變量的基本思路2掌握同一條直線上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測量方法3掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法【重點(diǎn)難點(diǎn)】1碰撞中的不變量的探究2速度的測量方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【課前預(yù)習(xí)】1、本實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄恳痪S碰撞中，碰撞前后描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量mv、mv2、等哪一個(gè)是守恒的2、實(shí)驗(yàn)原理： 在一維碰撞中，與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量只有物體的_和物體的_，為找到碰撞中的不變量，首先進(jìn)行合理猜測(例如：物體的質(zhì)量與其速度的乘積mv是不是不變量？物體的質(zhì)量與其速度的二次方的乘積mv2是不是不變量？物體的速度與自己質(zhì)量的比值是不是不變量？

2、)，然后設(shè)計(jì)碰撞實(shí)驗(yàn)，測出物體的質(zhì)量和碰撞前后物體的速度，對(duì)猜測進(jìn)行驗(yàn)證，從而得到碰撞中的守恒量方案一：利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測量：用_測量(2)速度的測量：v，式中x為 ，t為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的的時(shí)間(3)各種碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的_方案二：利用等長懸線懸掛等大小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞如圖1611所示(1)質(zhì)量的測量：用天平測量圖1611(2)速度的測量：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度；測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度(3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：用貼膠

3、布的方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失方案三：利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測量：用天平測量(2)速度的測量：v，x是紙帶上兩_間的距離，可用刻度尺測量t為小車經(jīng)過x所用的時(shí)間，可由打點(diǎn)間隔算出(3)碰撞的實(shí)現(xiàn)：兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥3、實(shí)驗(yàn)器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥4、實(shí)驗(yàn)步驟不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下：（1）用天平

4、測相關(guān)質(zhì)量（2）安裝實(shí)驗(yàn)裝置（3）使物體發(fā)生碰撞（4）測量或讀出相關(guān)物理量，計(jì)算有關(guān)速度，記入表中(見下表)（5）改變碰撞條件，重復(fù)步驟3、4.（6）整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn)5、數(shù)據(jù)處理（1）將上述記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，填入表格，通過分析比較找出碰撞中的守恒量.實(shí)驗(yàn)情景探究量質(zhì)量速度mvmv2碰撞前m1v1m1v1m2v2m1vm2vm2v2碰撞后m1v1m1v1m2v2m1v12m2v22m2v2（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后不變的量是_的乘積，即m1v1m2v2m1v1m2v2.6、注意事項(xiàng)（1）碰撞有很多情形，我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變才符合要求（2）保證兩物

5、體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體碰撞前后沿_運(yùn)動(dòng)（3）若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平（4）若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)_應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)7、誤差分析（1）碰撞是否為_碰撞是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞（2）碰撞中是否受其他力(如摩擦力)影響是帶來誤差的又一個(gè)原因，實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件，避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體的速度（3）測量擺角、滑塊寬度、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距時(shí)的誤差，特別是測擺角帶來的誤差最大【預(yù)習(xí)檢測】1、若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)，下列操作是

6、正確的是 ( )A相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了改變兩車的質(zhì)量B相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘在一起C先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車D先釋放拖動(dòng)紙帶的小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源2、試寫出下列物理過程中的不變量：（1）一物體做自由落體；（2）一個(gè)物體在豎直方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；（3）一物體沿光滑曲面自由下滑。3、用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)時(shí)，某一滑塊通過光電門時(shí)，雙擋光片兩次擋光的記錄為284.1ms和294.6ms，測得擋光片的擋光距離為5cm，則此滑塊的速度多大？【參考答案】課前預(yù)習(xí)：2、質(zhì)量，速度；天平，位移，時(shí)間；質(zhì)量，計(jì)數(shù)點(diǎn)；

7、5、物體的質(zhì)量和速度；6、同一直線，球心；7、一維。預(yù)習(xí)檢測: 1、BC 2、（1）運(yùn)動(dòng)的加速度 （2）速度或合力 （3）機(jī)械能 3、4.76m/s圖1612堂中互動(dòng)【典題探究】【例1】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖1612所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力(1) 若已得到打點(diǎn)紙帶如圖1613所示，并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選_段來計(jì)算A的

8、碰前速度，應(yīng)選_段來計(jì)算A和B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)圖1613(2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg，由以上測量結(jié)果可得，碰前：mAvAmBvB_ kgm/s；碰后：mAvAmBvB_kgm/s.【解析】小車碰撞前后都做勻速運(yùn)動(dòng)，為減小誤差，應(yīng)選點(diǎn)的間距均勻且大些的段來計(jì)算速度；計(jì)算時(shí)注意用速度的主單位?！敬鸢浮?1)BCDE(2)0.420.417【例2】氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和

9、B來探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1614所示，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖1614a松開手的同時(shí)，記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí)，記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.b在A、B間水平放入一個(gè)輕彈簧，用手壓住A、B使彈簧壓縮，放置在氣墊導(dǎo)軌上，并讓它靜止在某個(gè)位置c給導(dǎo)軌送氣，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平d用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1；B的右端至D板的距離L2.(1)實(shí)驗(yàn)步驟的順序是_(2)實(shí)驗(yàn)中還需要的測量儀器是_還需要測量的物理量是_(3)用測得的物理量表達(dá)需要探究的不變量表達(dá)式是_(4)實(shí)驗(yàn)中彈簧與A、B滑塊是粘連好還是不粘連好？_，理由是_【解析】實(shí)驗(yàn)步驟得順序應(yīng)按：一切組裝、裝置調(diào)整、實(shí)驗(yàn)操作、測量、數(shù)