3-5《碰撞與動量守恒》部分導(dǎo)學(xué)案

1、碰撞與動量守恒部分導(dǎo)學(xué)案一、實驗：驗證動量守恒定律目標(biāo)定位1了解動量、動量變化量等概念，知道動量與動能等運動狀態(tài)描述量的聯(lián)系和區(qū)別.2理解動量守恒的條件，能夠運用動量守恒定律分析碰撞、打擊、反沖等問題，能分析解決動 量守恒與能量守恒結(jié)合的簡單問題.3 理解并掌握驗證一維碰撞中動量守恒的實驗方法.自主梳理、動量、動能、動量變化量的比較稱動能動晝變化呈物體的質(zhì)雖和 速度的乘積物體Eh于 運功Kii 有的能雖物體末動雖 與初動呈的F* =打捕 p= /.)' 一 0矢標(biāo)性標(biāo)量矢量過程雖關(guān)聯(lián) 方程電一申，b Vs mFV2, m二、動量守恒定律1 內(nèi)容：如果一個系統(tǒng) ，或者所受外力的 為零，這

2、個系統(tǒng)的總動量保持不變.2. 表達(dá)式：或或3適用范圍：不但適用于宏觀低速運動的物體，而且還適用于高速運動的微觀粒子.三、幾種動量守恒模型1. 碰撞(1) 概念：碰撞是指物體間的相互作用持續(xù)時間很短，而物體間相互作用力很大的現(xiàn)象.(2) 特點：在碰撞現(xiàn)象中，一般都滿足內(nèi)力外力，可認(rèn)為相互碰撞的系統(tǒng)動量 (3) 分類動量是否守恒機(jī)械能是否守恒彈性碰撞守恒守恒非完全彈性碰撞守恒有損失完全非彈性碰撞守恒損失最大2反沖現(xiàn)象：在某些情況下，原來系統(tǒng)內(nèi)物體具有相同的速度，發(fā)生相互作用后各部分的末速度不再相同而分開.這類問題相互作用的過程中系統(tǒng)的動能 ，且常伴有能向動能的轉(zhuǎn)化.3爆炸問題：爆炸與碰撞類似，物體

3、間的相互作用力很大，且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受的外力，所以系 統(tǒng)動量，爆炸過程中位移 ，可忽略不計，作用后從相互作用前的位置以新的動量開始運動.四、驗證動量守恒定律1. 實驗原理：在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量和碰撞前后物體的速度，找出碰撞前的動量p= mivi + m2V2及碰撞后的動量 p '= mivi + m2V2，看碰撞前后動量是否守恒.2. 實驗器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧、細(xì)繩、彈性碰撞架等.方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)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.方案四：斜槽、小

4、球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙、刻度尺等.3. 實驗步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1) 測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量.(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌.(3) 實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量.改變滑塊的初速度大小和方向).(4) 驗證：一維碰撞中的動量守恒.方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(1) 測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量ml、m2.(2) 安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來.(3) 實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰.(4) 測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度

5、，測量碰撞后小球擺 起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度.(5) 改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗.(6) 驗證：一維碰撞中的動量守恒.方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(1) 測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量.安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，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，讓連接紙帶的小車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運動.(4) 測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v=算出速度.(5) 改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實驗.(6) 驗證：一維碰撞中的動量守恒.方案四：利

6、用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律(1) 用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球.1 白 +- /0嚴(yán)、廠廠、1JJJ JMPN(2) 按照圖所示安裝實驗裝置.調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.(3) 白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好.記下重垂線所指的位置O.(4) 不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10 次用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面圓心 P 就是小球落點的平均位置(5) 把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗 10 次用步驟 4 的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點的平均位置 M 和被撞小球落點的平均位

7、 置 N. 如圖所示(6) 連接ON，測量線段 OP、OM、ON的長度代入 m1OP= m1OM + m20N，看在誤差允許的 范圍內(nèi)是否成立(7) 整理好實驗器材放回原處.(8) 實驗結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，討論碰撞系統(tǒng)的動量守恒.4 .注意事項(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 若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平. 若利用擺球進(jìn)行實驗，兩小球靜放時球心應(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). 若利用長木板進(jìn)行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力. 若利用斜槽進(jìn)行實驗，入

8、射球質(zhì)量要大于被碰球質(zhì)量即：m1>m2，防止碰后ml被反彈.(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.5.誤差分析(1) 系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即： 碰撞是否為一維碰撞. 實驗是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗是否平衡 掉摩擦力.(2) 偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m 和速度 v 的測量.(3) 改進(jìn)措施 設(shè)計方案時應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件. 采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差.、要點例析()1. 一個質(zhì)量為0.3 kg的彈性小球，在光滑水平面上以6 m/s的速度垂直撞到墻上，碰撞后小球沿相反方

9、向運動，反彈后的速度大小與碰撞前相同，則碰撞前后小球動量變化量的大 小p和碰撞過程中墻對小球做功的大小W為A . p= 0 B . p = 1.8 kg m/s C. W = 0 D. W = 10.8 J()2 粗糙的水平地面上放著一個木塊一顆子彈水平地射進(jìn)木塊后停留在木塊中，帶動木塊一起向前滑行一段距離，在這個過程中，子彈和木塊組成的系統(tǒng)A .動量和能量都守恒B .動量和能量都不守恒C.動量守恒，能量不守恒D .動量不守恒，能量守恒()3.如圖所示，完全相同的A、B兩物塊隨足夠長的水平傳送帶按圖中所示方向勻速運動.A、B間夾有少量炸藥，對 A、B在炸藥爆炸過程及隨后的運動過程有下列說法，其

10、中正確的是A .炸藥爆炸后瞬間， A、B .炸藥爆炸后瞬間， A、C .炸藥爆炸過程中， A、D . A、B在炸藥爆炸后至 量守恒B兩物塊速度方向一定相同B兩物塊速度方向一定相反B兩物塊組成的系統(tǒng)動量不守恒A、B相對傳送帶靜止過程中動()4 .如圖所示，一個木箱原來靜止在光滑水平面上，木箱內(nèi)粗糙的底板上放著一個小木塊.木箱和小木塊都具有一定的質(zhì)量.現(xiàn)使木箱獲得一個向右的初速度V。，則A.小木塊和木箱最終都將靜止B .小木塊最終將相對木箱靜止，二者一起向右運動C .小木塊在木箱內(nèi)將始終來回往復(fù)碰撞，而木箱一直向右運動D .如果小木塊與木箱的左壁碰撞后相對木箱靜止，則二者將一起向左運動)5.如圖所

11、示，一個質(zhì)量為mi= 50 kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下面有根長繩.氣球和長繩的總質(zhì)量為m2= 20 kg，長繩的下端剛好和水平面接觸.當(dāng)靜止時人離地 面的高度為h= 5 m.如果這個人開始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時,他離地面咼度是(可以把人看做質(zhì)點)A . 5 m B . 3.6 m C . 2.6 m D . 8 m()6 .質(zhì)量為M的均勻木塊靜止在光滑水平面上，木塊左右兩側(cè)各有一位使用完全相同的步槍和子彈的射擊手.首先左側(cè)射手開槍，子彈水平射入木塊的最大深度為di,然后右側(cè)射手開槍，子彈水平射入木塊的最大深度為d2，如圖所示.設(shè)子彈均未射穿木塊，且兩顆子彈與木塊之間的作用力大小均

12、相同.A .最終木塊靜止，di= d2C.最終木塊靜止，di<d2B .最終木塊向右運動，d1<d2-* H 口D .最終木塊向左運動，d1 = d2”如*“當(dāng)兩顆子彈均相對木塊靜止時，下列說法正確的是7.某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗.氣墊導(dǎo)軌裝置如圖(a)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)定地漂浮在導(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弾射架彈射架q導(dǎo)軌標(biāo)尺16b8 cm*町 20.0 sm(1)下面是實驗的

13、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)軌通入壓縮空氣； 把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架 的外側(cè)，將紙帶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(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間，已知碰后兩滑塊一起運動. 先，然后，讓滑塊帶動紙帶一起運動； 取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如圖（b）所示； 測得滑塊1的質(zhì)量310 g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205 g.完善實驗步驟的內(nèi)容.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以前

14、系統(tǒng)的總動量為kg m/s;兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為 kg m/s（保留三位有效數(shù)字）. （3）試說明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 38.如圖所示，滑塊A、C質(zhì)量均為m,滑塊B質(zhì)量為2m.開始時A、B分別以vi、 V2的速度沿光滑水平軌道向固定在右側(cè)的擋板運動，現(xiàn)將C無初速地放在A 上,并與A粘合不再分開，此時A與B相距較近，B與擋板相距足夠遠(yuǎn).若B與擋 板碰撞將以原速度反彈，A與B碰撞將粘合在一起.為使 B能與擋板碰撞兩次， Vi、V2應(yīng)滿足什么關(guān)系？9. 小球A和B的質(zhì)量分別為 mA和mB,且mA>mB.在某高度處將 A和B先后從靜止釋放.小 球A與水平地面碰撞后向上

15、彈回，在釋放處下方與釋放處距離為H的地方恰好與正在下落的小球B發(fā)生正碰.設(shè)所有碰撞都是彈性的.碰撞時間極短.求小球A、B碰撞后B上升的最大高度.10. 兩個質(zhì)量分別為 M1和M2的劈A和B,高度相同，放在光滑水平面上.A和B的傾斜面都是光滑曲面，曲面下端與水平面相切， 如圖所示.一質(zhì)量為m的物塊位于劈 A的傾斜面上， 距水平面的高度為 h.物塊從靜止開始滑下， 然后又滑上劈B.求物塊在B上能夠達(dá)到的最大高 度.11. 如圖所示，質(zhì)量 mi= 0.3 kg的小車靜止在光滑的水平面上，車長L = 1.5 m,現(xiàn)有質(zhì)量 m2=0.2 kg可視為質(zhì)點的物塊，以水平向右的速度vo = 2 m/s從左端滑

16、上小車，最后在車面上某處與小車保持相對靜止.物塊與車面間的動摩擦因數(shù)卩=0.5，取g= 10 m/s2，求(1) 物塊在車面上滑行的時間t;(2) 要使物塊不從小車右端滑出，物塊滑上小車左端的速度v0 '不超過多少.二、課時訓(xùn)練()1.滿載砂子總質(zhì)量為 M的小車，在光滑的水平面上勻速運動，速率為V。，在行駛途中有質(zhì)量為m的砂子從車尾漏掉，則砂子漏掉后小車的速度為A . (M m)vo/MB . Mvo/(M m)C. mvo/(M m)D. vo()2 .如圖所示，車廂靜止在光滑水平面上，車廂內(nèi)有一個物體，當(dāng)給物體一個向右的初速度后，物體與車廂內(nèi)壁碰撞而在車廂內(nèi)來回運動，最后靜止在車廂

17、內(nèi)，物體靜止在車廂內(nèi)時，車廂的運動情況A .將靜止B.向右運動C .向左運動D.無法確定車廂做哪種運動()3.如圖所示，質(zhì)量為 m的帶有光滑弧形的槽靜止在光滑上，圓弧底部切線是水平的.一個質(zhì)量也為m的小球從槽高水平面h處開始由靜止下滑，在下滑過程中，關(guān)于小球和槽組成的系統(tǒng)，以及小球到達(dá)底端的速判斷正確的是A .在水平方向上動量守恒，v= , 2gh度v,B.在水平方向上動量不守恒，v = . 2ghC.在水平方向上動量守恒，v< , 2ghD .在水平方向上動量不守恒，vv.2gh()4.如圖所示，光滑水平面上有質(zhì)量均為 m的物塊A和B, B上固定一輕彈簧.B靜止,A以速度vo水平向右運

18、動，通過彈簧與 B發(fā)生作用.作用過程中，彈簧獲得的最大彈性勢能Ep為A. _mvoC.4mv2B.gmv2D.mv2()5.質(zhì)量相等的甲、乙兩球在光滑水平面上沿同一直線運動.甲以7 kg m/s的動量追上前方以5 kg m/s的動量同向運動的乙球發(fā)生正碰，則碰后甲、乙兩球動量不可能的是A . 6.5 kg m/s， 5.5 kg m/sB . 6 kg m/s， 6 kg m/sC. 5.5 kg m/s， 6.5 kg m/sD . 4 kg m/s， 8 kg m/s()6 .在 驗證動量守恒定律”的實驗中，裝置如圖所示,球.以下說法正確的是A .入射小球的質(zhì)量 m1大于被碰小球的質(zhì)量 m

19、2B .入射小球的半徑 r1大于被碰小球的半徑 QA球為入射小球，B球為被碰小C .入射小球每次都必須從斜槽上的同一位置由靜止釋放m1已D .斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處應(yīng)能靜止 ()7 .如圖(甲)所示，在光滑水平面上的兩個小球發(fā)生正碰.小球的質(zhì)量分別為 和m2圖(乙)為它們碰撞前后的 x-t圖象. 知m1 = 0.1 kg.由此可以確定下列正確的是A .碰前m2靜止，mi向右運動 B .碰后m2和m1都向右運動左*必&為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞, 相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟做了如下實驗： 用天平測出兩個小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且mm?). 按照如圖所示的那樣，安裝好實驗裝置.一斜面BC連接在斜槽末端. 先不放小球 m2,讓小球m1從斜槽頂端 下，記下小球在斜面上的落點位置. 將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球 處滾下，使它們發(fā)生碰撞后，記下小球 的落點位置.將斜槽AB固定在桌邊，A處由