實(shí)驗(yàn)探究碰撞中的不變量

第一節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量動(dòng)量守恒定律問(wèn)題1、總結(jié)圖片中物體之間發(fā)生了什么樣的相互作用？碰撞問(wèn)題2、碰撞有沒(méi)有規(guī)律呢？1666年惠更斯在英國(guó)的皇家學(xué)會(huì)上就演示了碰撞球現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)很多物理學(xué)家都在尋找碰撞中存在的規(guī)律?；莞咕桶l(fā)現(xiàn)碰撞中有一個(gè)量不變的。究竟是什么量不變呢？演示實(shí)驗(yàn)：AB一、觀察實(shí)驗(yàn)，提出猜想問(wèn)題1、要研究一個(gè)物理規(guī)律，我們通常從最簡(jiǎn)單的情形開(kāi)始。兩物體在碰撞前后瞬間在同一直線上運(yùn)動(dòng)，叫做一維碰撞；兩個(gè)擺球之間的碰撞是不是一維碰撞？AB擺球的碰撞發(fā)生在最底端，碰撞前后瞬間，物體的速度都在水平方向上。因此，它是一維碰撞。ABAB一、觀察實(shí)驗(yàn)，提出猜想問(wèn)題2、改變碰撞物體的速度，碰撞效果會(huì)不會(huì)變化？改變碰撞物體的質(zhì)量，碰撞效果是否發(fā)生變化？AB1、將小球拉起的高度越高，碰撞前入射球的速度就越大，碰撞效果越明顯。2、入射球的質(zhì)量越大，碰撞效果越明顯。碰撞效果與速度和質(zhì)量有關(guān)。猜想１：猜想２：猜想３：一、觀察實(shí)驗(yàn)，提出猜想問(wèn)題3、碰撞中的規(guī)律直接體現(xiàn)在碰撞的效果上。既然質(zhì)量和速度都能影響碰撞的效果，那么，碰撞中的不變量，必然既和質(zhì)量有關(guān)，也和速度有關(guān)。猜一猜，碰撞前后系統(tǒng)的不變量可能是什么？其實(shí)就是質(zhì)量和速度怎么組合的問(wèn)題。二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想問(wèn)題1、如何保證碰撞是一維的？即保證兩物體在碰撞前后在同一直線上運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量用天平來(lái)測(cè)量。速度測(cè)量的基本方法是轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度測(cè)量。問(wèn)題2、物體的質(zhì)量如何測(cè)量？如何測(cè)量和計(jì)算碰撞前后物體的速度？探究方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的幾種情況。二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想問(wèn)題3、利用光電門(mén)如何測(cè)量速度？氣墊導(dǎo)軌碰撞滑塊光電門(mén)d測(cè)出滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t，則滑塊速度為探究方案二：擺球、量角器或傳感器由于角度的測(cè)量有困難，適于定性研究。二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想問(wèn)題4、利用單擺如何測(cè)量速度？ABαABβ根據(jù)機(jī)械能守恒定律計(jì)算出碰撞前A球和碰撞后兩球共同速度B球左側(cè)貼有橡皮泥。探究方案三：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想橡皮泥x2x1問(wèn)題5、如何利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量速度？探究方案四：斜槽、小球、平拋裝置二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想C白紙GO重錘線BA復(fù)寫(xiě)紙MN落點(diǎn)確定：斜槽末端切向水平防止碰撞中A球反彈：mA＞mBC白紙GPO重錘線A復(fù)寫(xiě)紙控制實(shí)驗(yàn)條件：多次測(cè)量求平均值。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想巧妙之處在于用長(zhǎng)度測(cè)量代替速度測(cè)量。擺球測(cè)出碰撞前后各球落點(diǎn)到O間的距離O、ON，各球空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，設(shè)為t，可得速度為C白紙GO重錘線BA復(fù)寫(xiě)紙MNP二、設(shè)計(jì)方案，檢驗(yàn)猜想問(wèn)題6、如何利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量速度？碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=m2=m1=m2=速度v1=v2=v'1=v'2=mvm1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2=mv2m1v12+m2v22=m1v'12+m2v'22=v/m三、實(shí)驗(yàn)探究，數(shù)據(jù)處理問(wèn)題1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到碰撞前后的“不變量”。三、實(shí)驗(yàn)探究，數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)探究表明，A、B兩物體碰撞前后的不變量為：?jiǎn)栴}2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到碰撞前后的“不變量”。誤差分析1．系統(tǒng)誤差1碰撞是否為一維碰撞，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞。2碰撞中其他力例如，摩擦力、空氣阻力等的影響帶來(lái)的誤差。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速度。2．偶然誤差測(cè)量和讀數(shù)的準(zhǔn)確性帶來(lái)的誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)范測(cè)量和讀數(shù)，同時(shí)增加測(cè)量次數(shù)，取平均值，盡量減小偶然誤差的影響。三、注意事項(xiàng)1．前提條件應(yīng)保證碰撞的兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)。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。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．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，才符合要求。我們的收獲是什么？猜想設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證交流評(píng)估觀察現(xiàn)象提出問(wèn)題1、重點(diǎn)不是公式，而是體會(huì)在追尋碰撞中的守恒量所運(yùn)用的科學(xué)研究方法。2、體會(huì)追尋守恒量的可行性碰撞中的守恒量解決問(wèn)題探究過(guò)程四、歸納總結(jié)，不斷探索守恒量質(zhì)量動(dòng)量角動(dòng)量其它學(xué)科電荷能量四、歸納總結(jié)，不斷探索1．在用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí)，左側(cè)滑塊質(zhì)量m1＝170g，右側(cè)滑塊質(zhì)量m2＝110g，擋光片寬度為300cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線連在一起，如圖所示。開(kāi)始時(shí)兩滑塊靜止，燒斷細(xì)線后，兩滑塊分別向左、右方向運(yùn)動(dòng)。擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間分別為Δt1＝032s，Δt2＝021s。則兩滑塊的速度分別為v1′＝__________m/s，v2′＝__________m/s。燒斷細(xì)線前m1v1＋m2v2＝_____g·m/s，燒斷細(xì)線后m1v1′＋m2v2′＝______________g·m/s。可得到的結(jié)論是_____________