2019高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修3-5

1、自 主 學(xué) 習(xí) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 合 作 探 究 重 難 疑 點(diǎn) 課 時(shí) 作 業(yè) 1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(shí)驗(yàn)原理 1碰撞中的特殊情況一維碰撞 兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍 沿這條直線運(yùn)動(dòng) 2追尋不變量 在一維碰撞的情況下，與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物 理量只有物體的質(zhì)量和物體的速度，設(shè)兩個(gè)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(fù)值 依據(jù)猜想與假設(shè)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究尋找碰撞前 后的不變量，可能是下列的哪些關(guān)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(guān)系式是否成立，關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè) 量碰撞前后的速度v1、v2、v1、v2.因此，利用氣 墊導(dǎo)軌和與之配套的光電計(jì)時(shí)裝置，可保證兩物 體碰撞是一維碰撞，并可比較準(zhǔn)確地測(cè)量出碰撞 前后的速度 3實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 方案一：用氣墊導(dǎo)軌完成兩個(gè)滑塊的一維碰 撞 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1611所示： (4)實(shí)驗(yàn)方法 用細(xì)線將彈簧片壓縮，放置于兩個(gè)滑塊之 間，并使它們靜止，然后燒斷細(xì)線，彈簧片彈開(kāi) 后落下，兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(dòng)(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(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮 泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩個(gè)滑塊連成 一體運(yùn)動(dòng)(圖丙)，這樣可以得到能量損失很大的 碰撞 方案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大小的小球?qū)?現(xiàn)一維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1613所示： (1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量質(zhì)量 (2)速度的測(cè)量：可以測(cè)量小球被拉起的角度， 根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出小球碰撞前對(duì)應(yīng)的速度； 測(cè)量碰撞后兩小球分別擺起的對(duì)應(yīng)角度，根據(jù)機(jī) 械能守恒定律算出碰撞后對(duì)應(yīng)的兩小球的速度 (3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：用貼膠布的方法增 大兩小球碰撞時(shí)的能量損失 方案三：利用小車在光滑長(zhǎng)木板上碰撞另一 輛靜止的小車實(shí)現(xiàn)一

4、維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如圖1614所示： 三、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)線、彈性碰撞架、膠布、 撞針、橡皮泥等 方案二：帶細(xì)線的擺球(兩個(gè))、鐵架臺(tái)、天 平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等 方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、 小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥等 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問(wèn)題記 錄在下面的表格中 問(wèn)題問(wèn)題1 問(wèn)題問(wèn)題2 問(wèn)題問(wèn)題3 問(wèn)題問(wèn)題4 一、實(shí)驗(yàn)步驟 不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn) 方案合理安排，參考步驟如下： 1用天平測(cè)量相關(guān)的質(zhì)量 2安裝實(shí)驗(yàn)裝置 3使物體發(fā)生碰撞 4測(cè)量或讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出物體的速 度 5改變碰撞條件

5、重復(fù)上述3、4步驟 6進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)分析對(duì)比，找出碰撞 中的不變量 7整理實(shí)驗(yàn)器材 二、數(shù)據(jù)處理 為了探究碰撞中的不變量，將實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(guò)驗(yàn)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(xiàng) 1前提條件 碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰” 2方案提醒 (1)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

6、(2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心 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)在同一豎直平面內(nèi) (3)若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)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(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤 差氣墊導(dǎo)軌很好地控制了兩個(gè)物體碰撞的一維 性，其他兩個(gè)方案都存在可能不是一維碰撞的問(wèn) 題 2碰撞過(guò)程中受其他力的影響，會(huì)造成誤 差氣墊導(dǎo)軌存在這個(gè)問(wèn)題，比如軌道未安裝水 平，受到重力分力的影響；方案三的問(wèn)題更嚴(yán)重， 水平桌面的摩擦是不可避免的 3速度的測(cè)量存在誤差方案一比較好一些， 光電

7、計(jì)時(shí)器誤差較小，另外兩個(gè)方案誤差稍大一 些 學(xué)生分組探究一實(shí)驗(yàn)原理與操作 (2015冀州高二檢測(cè))某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí) 器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)， 氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1615甲所示，所用的氣墊導(dǎo) 軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成在空腔導(dǎo) 軌的兩個(gè)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(huì)從小孔 中噴出，使滑塊穩(wěn)定地浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大 減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差 (1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： 安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋 鈕，使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌空腔內(nèi)通入壓縮空氣； 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈 射架的外側(cè)，將紙帶

8、穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并 固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直 至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向； 使滑塊1擠壓導(dǎo)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(dǎo)軌的中 間； 先 _， 然后 _， 讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)； 取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的 紙帶如圖乙所示； 測(cè)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(qǐng)完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容 (2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)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_(kāi)kgm/s；兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的質(zhì) 量和速度的乘積為_(kāi)kgm/s(保留三位有效 數(shù)字) 【答案】(1)

9、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源放開(kāi) 滑塊1 (2)0.6200.618 學(xué)生分組探究二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究碰 撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，在小車A的前端粘有橡皮 泥，設(shè)法使小車A做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜 止的小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，如圖 1616所示在小車A的后面連著紙帶，電磁打 點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50 Hz. (1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖1617所示，并測(cè) 得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離則應(yīng)選圖中_段 來(lái)計(jì)算A碰前的速度，應(yīng)選_段來(lái)計(jì)算A和 B碰后的速度 (2)已測(cè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來(lái)看，A、B碰撞的 過(guò)程中，可能哪個(gè)物理量是