2019高中物理 第十六章 動量守恒定律 1 實驗：探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修3-5

1、自 主 學 習 基 礎 知 識 合 作 探 究 重 難 疑 點 課 時 作 業(yè) 1 實驗：探究碰撞中的不變量 一、實驗目的 1明確探究碰撞中的不變量的基本思路 2探究一維碰撞中的不變量 二、實驗原理 1碰撞中的特殊情況一維碰撞 兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍 沿這條直線運動 2追尋不變量 在一維碰撞的情況下，與物體運動有關的物 理量只有物體的質(zhì)量和物體的速度，設兩個物體 的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、 v2，碰撞后的速度分別為v1、v2.如果速度與規(guī)定 的正方向一致，則速度取正值，否則取負值 依據(jù)猜想與假設，通過實驗探究尋找碰撞前 后的不變量，可能是下列的哪些關系？

2、(1)可能是質(zhì)量與速度的乘積，即m1v1m2v2 m1v1m2v2. (2)可能是質(zhì)量與速度的二次方的乘積，即 m1vm2vm1v12m2v22. 探究以上各關系式是否成立，關鍵是準確測 量碰撞前后的速度v1、v2、v1、v2.因此，利用氣 墊導軌和與之配套的光電計時裝置，可保證兩物 體碰撞是一維碰撞，并可比較準確地測量出碰撞 前后的速度 3實驗方案設計 方案一：用氣墊導軌完成兩個滑塊的一維碰 撞 實驗裝置如圖1611所示： (4)實驗方法 用細線將彈簧片壓縮，放置于兩個滑塊之 間，并使它們靜止，然后燒斷細線，彈簧片彈開 后落下，兩個滑塊隨即向相反方向運動(圖甲) 在兩滑塊相碰的端面上裝上彈性

3、碰撞架(圖 乙)，可以得到能量損失很小的碰撞 在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮 泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個滑塊連成 一體運動(圖丙)，這樣可以得到能量損失很大的 碰撞 方案二：利用等長懸線懸掛等大小的小球?qū)?現(xiàn)一維碰撞 實驗裝置如圖1613所示： (1)質(zhì)量的測量：用天平測量質(zhì)量 (2)速度的測量：可以測量小球被拉起的角度， 根據(jù)機械能守恒定律算出小球碰撞前對應的速度； 測量碰撞后兩小球分別擺起的對應角度，根據(jù)機 械能守恒定律算出碰撞后對應的兩小球的速度 (3)不同碰撞情況的實現(xiàn)：用貼膠布的方法增 大兩小球碰撞時的能量損失 方案三：利用小車在光滑長木板上碰撞另一 輛靜止的小車實現(xiàn)一

4、維碰撞 實驗裝置如圖1614所示： 三、實驗器材 方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑 塊(兩個)、彈簧片、細線、彈性碰撞架、膠布、 撞針、橡皮泥等 方案二：帶細線的擺球(兩個)、鐵架臺、天 平、量角器、坐標紙、膠布等 方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、 小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥等 預習完成后，請把你認為難以解決的問題記 錄在下面的表格中 問題問題1 問題問題2 問題問題3 問題問題4 一、實驗步驟 不論采用哪種方案，實驗過程均可按實驗 方案合理安排，參考步驟如下： 1用天平測量相關的質(zhì)量 2安裝實驗裝置 3使物體發(fā)生碰撞 4測量或讀出有關數(shù)據(jù)，計算出物體的速 度 5改變碰撞條件

5、重復上述3、4步驟 6進行數(shù)據(jù)處理，通過分析對比，找出碰撞 中的不變量 7整理實驗器材 二、數(shù)據(jù)處理 為了探究碰撞中的不變量，將實驗中測得 的物理量填入表格. 碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后 質(zhì)量質(zhì)量m1m2m1m2 速度速度v1v2v1v2 mv m1v1m2v2 m1v1m2v2 mv2 m1vm2vm1v12m2v22 經(jīng)過驗證后可知，在誤差允許的范圍內(nèi)，碰 撞前、后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積之 和，即m1v1m2v2m1v1m2v2. 三、注意事項 1前提條件 碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰” 2方案提醒 (1)若利用氣墊導軌進行實驗，調(diào)整氣墊導軌 時，注意利用水平儀確保導軌水平

6、(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心 應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將 小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直平面內(nèi) (3)若利用長木板進行實驗，可在長木板的一 端下墊一小木片用以平衡摩擦力 3探究結(jié)論 尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改 變 四、誤差分析 1碰撞前后不在一條直線上，會造成實驗誤 差氣墊導軌很好地控制了兩個物體碰撞的一維 性，其他兩個方案都存在可能不是一維碰撞的問 題 2碰撞過程中受其他力的影響，會造成誤 差氣墊導軌存在這個問題，比如軌道未安裝水 平，受到重力分力的影響；方案三的問題更嚴重， 水平桌面的摩擦是不可避免的 3速度的測量存在誤差方案一比較好一些， 光電

7、計時器誤差較小，另外兩個方案誤差稍大一 些 學生分組探究一實驗原理與操作 (2015冀州高二檢測)某同學利用打點計時 器和氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗， 氣墊導軌裝置如圖1615甲所示，所用的氣墊導 軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成在空腔導 軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔， 向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔 中噴出，使滑塊穩(wěn)定地浮在導軌上，這樣就大大 減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差 (1)下面是實驗的主要步驟： 安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋 鈕，使導軌水平； 向氣墊導軌空腔內(nèi)通入壓縮空氣； 把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈 射架的外側(cè)，將紙帶

8、穿過打點計時器與彈射架并 固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直 至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向； 使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩； 把安裝有橡皮泥的滑塊2放在氣墊導軌的中 間； 先 _， 然后 _， 讓滑塊帶動紙帶一起運動； 取下紙帶，重復步驟，選出理想的 紙帶如圖乙所示； 測得滑塊1的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮 泥)的質(zhì)量為205 g. 請完善實驗步驟的內(nèi)容 (2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算 可知兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的質(zhì)量和速度的乘積 為_kgm/s；兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的質(zhì) 量和速度的乘積為_kgm/s(保留三位有效 數(shù)字) 【答案】(1)

9、接通打點計時器的電源放開 滑塊1 (2)0.6200.618 學生分組探究二實驗數(shù)據(jù)的處理 某同學設計了一個用打點計時器“探究碰 撞中的不變量”的實驗，在小車A的前端粘有橡皮 泥，設法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜 止的小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運動，如圖 1616所示在小車A的后面連著紙帶，電磁打 點計時器的頻率為50 Hz. (1)若已得到打點紙帶如圖1617所示，并測 得各計數(shù)點間的距離則應選圖中_段 來計算A碰前的速度，應選_段來計算A和 B碰后的速度 (2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的 質(zhì)量mB0.20 kg，則由以上結(jié)果可得碰前mAvA m BvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB _kgm/s. (3)從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看，A、B碰撞的 過程中，可能哪個物理量是