《高中物理 16.1《实验 探究碰撞中的不变量》课件 新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 16.1《实验 探究碰撞中的不变量》课件 新人教版选修3-5（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第十六章：动量守恒定律第十六章：动量守恒定律 第第 1 1 节节：实验实验 ：探究碰撞：探究碰撞 中的不中的不变变量量 1. 明确探究碰撞中的不变量的基本思路。 2. 掌握同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法。 3. 掌握实验数据的处理方法。 打台球是同学们校外活动中非常喜欢的游戏，本节课首先通过视频 打台球展示了各种花式台球的打法，令人眼花缭乱，很能吸引大家的眼 球，引起大家的探究物体间碰撞规律的兴趣，导入新课。 本节课是一节实验探究课，目的是要学生掌握探究问题的基本思路， 实验数据的处理方法。所以首先说明问题探究的必要性和探究的目的，鼓 励学生根据实验目的提出探究的不同方案。根据实
2、验方案明确实验过程中 需要记录的数据，设计表格，记录数据。碰撞有各种不同的方式，要达到 一个共性的规律，各种碰撞都应该涉及。但斜碰又不好操作，所以本实验 只研究了一维碰撞的各种情况：不同质量的物体间的碰撞；不同能量损耗 的碰撞。使同学们有一个动量守恒定律普遍适用的印象。 实验数据的处理方法是实验的一个重要目的，所以最后设计了一个典 例探究，考查、训练学生的处理数据的能力。 台球的各种花式打法台球的各种花式打法 碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象， 两个物体发生碰撞后，速度都发生变化。两个物体的两个物体发生碰撞后，速度都发生变化。两个物体的 质量比
3、例不同时，它们的速度变化也不一样。质量比例不同时，它们的速度变化也不一样。 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要 的意义，碰撞过程中的什么物理量保持不变的意义，碰撞过程中的什么物理量保持不变( (守恒守恒) )？ 一、探究碰撞中的不变量 一维碰撞： 碰撞前后两个物体都在同一直线上运动 。 3. 各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、 胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重 物的方法改变碰撞物体的质量。 方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞 2. 速度的测量：v x /t ，式中 x 为滑块(挡
4、光片)的宽度 ， t 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间 。 1. 质量的测量：用天平测量。 气垫导轨气垫导轨 如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另 一个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度 ，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从 而算出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰 撞时的能量损失。 方案三：打点计时器测速原理方案三：打点计时器测速原理 将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点 计时器，连在小车的后面。让小车 A 运动，小车B 静止。在 两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡 皮泥中，把两个小车连接成一体（如下
5、图）。通过纸带测出 它们碰撞前后的速度。 二、猜想碰撞中的不变量 两物体质量与速度的乘积之和，即 m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 是否成立 ？ 或者质量与速度平方乘积之和即 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 是否成立 ？ 还是有其他的可能？ 或者 成立？ 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块 ( 两个 )、 弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、 坐标纸、胶布等。 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、 天平、撞针、橡皮泥。 实验器材实验器材 不论采用哪种方案，实验过程
6、均可按实验方案合理安排，参 考步骤如下： 1. 用天平测相关质量； 2. 安装实验装置； 3. 使物体发生碰撞； 4. 测量或读出相关物理量，计算有关速度； 5. 改变碰撞条件，重复步骤 3、4； 6. 进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量； 7. 整理器材，结束实验。 实验步骤实验步骤 1实验数据的处理 实验数据的处理和实验结论实验数据的处理和实验结论 为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理 量填入如下表格，然后探究不变量。 碰撞前碰撞后 质量质量 m1 = 4m2 = 4m1 = 4m2 = 4 速度速度 v1 = 9v2 = 0v1 = 3v2 = 6 mvmv m1v1
7、+ m2v2 = m1v1 + m2v2 = mvmv 2 2 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 = v v/ /mm 实验记录及分析实验记录及分析 a 1 a 1 碰撞前碰撞后 质量质量 m1 = 4m2 = 2m1 = 4m2 = 2 速度速度 v1 = 9v2 = 0v1 = 4.5v2 = 9 mvmv m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 = mvmv 2 2 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 = v v/ /mm 实验记录及分析实验记录及分析 a 2 a 2 碰撞前碰撞后 质量质量 m1 = 2m2 = 4m1 =
8、2m2 = 4 速度速度 v1 = 6v2 = 0v2 = 4 mvmv m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 = mvmv 2 2 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 = v v/ /mm 实验记录及分析实验记录及分析 a 3 a 3 碰撞前碰撞后 质量质量 m1 = 4m2 = 2m1 = 4m2 = 2 速度速度 v1 = 0v2 = 0v1 = 2 mvmv m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 = mvmv 2 2 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 = v v/ /mm 实验记录及分析实验记录及分析 b b
9、 碰撞前碰撞后 质量质量 m1 = 4m2 = 2m1 = 4m2 = 2 速度速度 v1 = 9v2 = 0v1 = 6v2 = 6 mvmv m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 = mvmv 2 2 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 = v v/ /mm 实验记录及分析实验记录及分析 c c 经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前 后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即 m1v1m2v2m1v1m2v2 2. 实验结论 1保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同 一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。 2若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导
10、轨时注意利用水 平仪确保导轨水平。 3若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平 线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线 应在同一竖直面内。 4碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情 况下都不改变，才符合要求。 注意事项注意事项 某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来 探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示 实验过程： (1) 调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作； (2) 在滑块 1 上装上挡光片并测出其长度 L； (3) 在滑块 2 的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)； (4) 用天平测出滑块 1 和滑块 2 的质量 m1、m2； (5) 把滑块
11、1 和滑块 2 放在气垫导轨上，让滑块 2 处于静止状 态 ( v2 0 )，用滑块 1 以初速度 v1 与之碰撞(这时光电计时器 系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块 1 的 挡光片碰前通过光电门的遮光时间 t1 和碰后通过光电门的遮 光时间 t2； (6) 先根据 v L/t 计算滑块 1 碰撞前的速度 v1 及碰后两者的 共同速度 v；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比 较大小。 次 数 滑块块 1滑块块 2 碰前质质量 速度 碰后质质量速 度 v1vv2vm1v1m2v2(m1m2)v 10.2900.18400.184 20.4260.26900.269 碰前、
12、碰后质质量速度大小并不完全相等，产产生误误差的原因 是： 请完成以上表格。 实验数据：m1 0.324 kg m2 0.181 kg L1.00103 m 速度单位：m/s 次 数 滑块块 1滑块块 2 碰前质质量 速度 碰后质质量速 度 v1vv2vm1v1m2v2(m1m2)v 10.2900.18400.184 20.4260.26900.269 0.09400.093 0.1380.1360 测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等 造成误差 【答案】 基本思路 (一维碰撞) 与物体运动有关的物理量可能有哪些？ 碰撞前后哪个物理量可能是不变的？ 需要考虑 的问题 碰撞必须包括各种情况的碰撞 物体质量的测量(天平) 碰撞前后物体速度的测量(利用光电门或打点 计时器等)
