《高二物理人教3-5配套课件：第十六章 动量守恒定律 16.1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理人教3-5配套课件：第十六章 动量守恒定律 16.1（47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 1 实验 探究碰撞中的不变量 实验目的 1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 掌握在同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量 方法 3 了解实验数据的处理方法 实验原理 1 一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后 仍沿同一直线运动的碰撞 2 探究碰撞中的不变量 在一维碰撞的情况下 设两个 物体的质量分别为m1 m2 碰撞前的速度分别为v1 v2 如果速度的方向与我们规定的方向一致取正值 相反取 负值 依次探究以下关系是否成立 1 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 m1v12 m2v22 m1v1 2 m2v2 2 3 3 实验方案设计 方案一 利用气
2、垫导轨实现两个滑块的一维碰撞实 验装置如图所示 实验步骤 1 质量的测量 用天平测量质量 2 速度的测量 利用公式v 式中 x为滑块挡光片 的宽度 t为数字计时器显示的滑块挡光片经过光电 门对应的时间 3 利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量 4 实验方法 用细线将弹簧片压缩 放置于两个滑块之间 并使它 们静止 然后烧断细线 弹簧片弹开后落下 两个滑块随 即向相反方向运动 图甲 在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架 图乙 可以得 到能量损失很小的碰撞 在两个滑块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 把两个滑块连成一体运动 这样可 以得到能量损失很大的碰撞 方案二 利用等长
3、悬线悬挂等大的小球实现一维碰 撞 实验装置如图所示 1 质量的测量 用天平测量质量 2 速度的测量 可以测量小球被拉起的角度 根据机械 能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度 测量碰撞后两 小球分别摆起的对应角度 根据机械能守恒定律算出碰 撞后对应的两小球的速度 3 不同碰撞情况的实现 用贴胶布的方法增大两小球 碰撞时的能量损失 方案三 利用斜槽实现两小球的一维碰撞 如图甲所示 让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来 与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球发生碰 撞 之后两小球都做平抛运动 1 质量的测量 用天平测量质量 2 速度的测量 由于两小球下落的高度相同 所以它们 的飞行时间相等 如果用小球
4、的飞行时间作时间单位 那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速 度 因此 只需测出两小球的质量m1 m2和不放被碰小 球时入射小球在空中飞出的水平距离s1 以及碰撞后 入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1 和s2 若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1 m2s2 相等 就验证了两个小球碰撞前后的不变量 3 让小球从斜槽的不同高度处开始滚动 进行多次实 验 实验器材 方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块两个 带挡光片 重物 弹簧片 细线 弹性碰撞架 撞针 橡皮泥 方案二 带细线的小球 两套 铁架台 天平 量 角器 坐标纸 胶布等 方案三 斜槽 两个大小相等而质量不等的小球 重
5、垂线 白纸 复写纸 刻度尺 天平 螺旋测微器 圆规 实验过程 不论采用哪种方案 实验过程均可按选定的实验方案 合理安排 参考步骤如下 1 用天平测量两滑块 小球 的质量m1 m2 填入预先设 计好的表中 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 计算有关速度或者速度的 替代量 填入预先设计好的表中 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 实验中记录数据用的表格 碰撞前碰撞后 质量 kg m1m2m1m2 速度 m s 1 v1v2v1 v2 mv kg m s 1 m1v1 m2v2m1v1 m2v2
6、 碰撞前碰撞后 mv2 kg m2 s 2 m s 1 kg 1 实验结论 误差分析 1 系统误差 1 碰撞是否为一维碰撞 是产生误差的一个原因 设计 实验方案时应保证碰撞为一维碰撞 2 碰撞中是否受其他力 例如摩擦力 的影响是带来误 差的又一个原因 实验中要合理控制实验条件 避免除 碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度 2 偶然误差 测量和读数的准确性带来的误差 实验中 应规范测量和读数 同时增加测量次数 取平均值 尽量 减少偶然误差的影响 注意事项 1 前提条件 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 方案提醒 1 若利用气垫导轨进行实验
7、 调整气垫导轨时注意利 用水平仪确保导轨水平 2 利用摆球进行实验时 可以将实验仪器靠在一个大 型的量角器上 这样可以较准确地读出小球摆动的角度 以减小误差 3 若利用摆球进行实验 两小球静止时球心应在同一 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 热点一 实验步骤与数据处理 典例1 某同学运用以下实验器材 设计了一个碰撞 实验来寻找碰撞前后的不变量 打点计时器 低压交流 电源 频率为50Hz 纸带 表面光滑的长木板 带撞 针的小车A 带橡皮泥的小车B 天平 该同学设计的实验步骤如下 A 用天平测出小车A的质量为mA 0 4kg 小车B的质量为 mB 0 2kg
8、 B 更换纸带重复操作三次 C 小车A靠近打点计时器放置 在车后固定纸带 把小车 B放在长木板中间 D 把长木板平放在桌面上 在一端固定打点计时器 连 接电源 E 接通电源 并给小车A一定的初速度vA 1 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来 2 打点计时器打下的纸带中 比较理想的一条如图所 示 根据这些数据完成表格 碰撞前 碰撞后 A车B车AB整体 质量 kg 速度 m s 1 m s 1 kg 1 mv kg m s 1 mv2 kg m2 s 2 3 根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为 解析 1 按照先安装 后实验 最后重复的顺序 该 同学正确的实验步骤为ADCEB 2 碰撞前后均
9、为匀速直线运动 由纸带上的点迹分布 求出速度 碰后小车A B合为一体 求出AB整体的共同 速度 注意打点计时器的频率为50Hz 打点时间间隔为 0 02 s 通过计算得下表 碰撞前 碰撞后 A车B车AB整体 质量 kg0 40 20 6 速度 m s 1 3 002 0 m s 1 kg 1 7 503 3 mv kg m s 1 1 201 2 mv2 kg m2 s 2 3 602 4 3 由表中数值可看出mv一行中数值相同 可猜想碰撞 前后不变量的表达式为mAvA mBvB mA mB v 答案 1 ADCEB 2 见解析 3 mAvA mBvB mA mB v 热点二 创新实验设计 典
10、例2 2018 宜春高二检测 两位同学用如图甲所 示装置 通过半径相同的A B两球的碰撞来 探究碰撞 中的不变量 1 实验中必须满足的条件是 A 斜槽轨道尽量光滑以减小误差 B 斜槽轨道末端的切线必须水平 C 入射球A每次必须从轨道的同一位置由静止滚下 D 两球的质量必须相等 2 测量所得入射球A的质量为mA 被碰撞小球B的质量为 mB 图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影 实验时 先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放 找到其平均落点的位置P 测得平抛射程为OP 再将入射 球A从斜轨上起始位置由静止释放 与小球B相撞 分别 找到球A和球B相撞后的平均落点M N 测得平抛射程分 别为
11、OM和ON 根据课堂探究的不变量 本实验中表示碰撞前后不变量 的表达式应为 3 乙同学也用上述两球进行实验 但将实验装置进行 了改装 如图乙所示 将白纸 复写纸固定在竖直放置 的木条上 用来记录实验中球A 球B与木条的撞击点 实验时 首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接 触 让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放 撞击点为 B 然后将木条平移到图中所示位置 入射球A从斜轨 上起始位置由静止释放 确定其撞击点P 再将入射球 A从斜轨上起始位置由静止释放 与球B相撞 确定球A和 球B相撞后的撞击点分别为M 和N 测得B 与N P M 各点的高度差分别为h1 h2 h3 乙同学实验 中表示碰撞前后
12、不变量的表达式应为 解析 1 选B C 本实验中 是通过平抛运动的基 本规律求解碰撞前后的速度 只要离开轨道后做平抛运 动 对斜槽是否光滑没有要求 故A错误 要保证每次小 球都做平抛运动 则轨道的末端必须水平 故B正确 要 保证碰撞前的速度相同 所以入射球每次都要从同一高 度由静止滚下 故C正确 为了使小球碰后不被反弹 要 求入射小球质量大于被碰小球质量 故D错误 故选B C 2 小球离开轨道后做平抛运动 由于小球抛出点的高 度相同 它们在空中的运动时间t相等 它们的水平位移 x与其初速度成正比 可以用小球的水平位移代替小球 的初速度 若两球相碰前后动量守恒 则mAv0 mAv1 mBv2 又 v0t v1t v2t 代入得 mA mA mB 3 小球做平抛运动 在竖直方向上 h gt2 平抛运动 时间 t 设轨道末端到木条的水平位移为x 小球 做平抛运动的初速度 vA 如果碰撞过程满足 mAvA mAvA mBvB 将速度代入式中解得 答案 1 B C 2 mAOP mAOM mBON 3
