《江苏省高中物理选修35学案：16.1探究碰撞中的不变量.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《江苏省高中物理选修35学案：16.1探究碰撞中的不变量.pdf（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1页 共8页 16 1 探究碰撞中的不变量 学习目标 1 明确探究不变量的基本思路 知道一维碰撞 2 知道碰撞前后相关的物理量 会猜想碰撞前后可能保持不变的物理 量 3 掌握一维碰撞运动的两个物体碰撞前后的速度测量方法 4 会设计实验方案 安排操作步骤 5 能完成实验的基本操作 掌握实验数据处理的方法 学习重点 1 猜想两个物体碰撞前 后保持不变的物理量的可能表达式 2 如何合理测量物块碰撞前后的速度 3 实验数据的处理 学习难点 1 如何能够使学生顺理成章的猜想两个物体碰撞前 后保持不变的物 理量的表达式 2 设计测量碰撞前 后物块速度的实验方案 学习过程 碰撞是日常生活 生产活动中常见的
2、现象 两个物体发生碰撞后 速 度都发生变化 1 台球由于两球碰撞而改变运动状态 不同号的台球运动 状态不同 2 微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态 甚至使得一种粒子转化为 其他粒子 3 互动演示 牛顿摆 分别拉起一个 两个 三个 四个小球 放 开后让其相互碰撞 第2页 共8页 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义 本节通过实 验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变 守恒 一 实验的基本思路 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 这种碰 撞叫做一维碰撞 碰撞演示 如图所示 A B 是悬挂起来的钢球 把小球A 拉起使其 悬线与竖直线夹一角度a 放开后 A 球
3、运动到最低点与 B 球发生碰撞 碰后B 球摆幅为 角 如两球的质量 mA mB 碰后 A 球静止 B 球摆角 这说明 A B 两球碰后交换了速度 如果 mA mB 碰后 A B 两球一起向右摆动 如果 mA mB 碰后 A 球反弹 B 球向右摆动 小组讨论 以上现象可以说明什么问题 2 追寻不变量 在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速 度 设两个物体的质量分别为m 1 m2 碰撞前它们速度分别为 v 1 v2 碰 撞后的速度分别为 1 v 2 v 规定某一速度方向为正 碰撞前后速度的变化和物体的质量m 的关系 我 们可以做如下猜测 1 22112211 vmvmvmvm
4、 2 2 22 2 11 2 22 2 11 vmvmvmvm 3 2 2 1 1 2 2 1 1 m v m v m v m v 第3页 共8页 小组讨论 1 与物体运动有关的物理量可能有哪些 与物体运动有关的物理量 可能有哪些 2 碰撞前后哪个物理量可能是不变的 二 需要考虑的问题 小组讨论 完成这一实验探究 需要有什么实验条件的证 实验数据 如何测量 1 条件的保证 实验必须保证碰撞是 一维的 即两个物体在 碰撞之前沿同一直线运动 碰撞之后还沿同一直线运动 2 数据的测量 1 用 测量物体的质量 2 测量两个物体在碰撞前后的速度可以有哪些方法 三 参考实验方案 方案一 光电门测速原理 如
5、图所示 图中滑块上红色部分为挡光板 挡光板有一定的宽度 设 为 L 气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关 并与计时装置相连 构成光 电计时装置 当挡光板穿入时 将光挡住开始计时 穿过后不再挡光则停止计时 设记录的时间为t 则滑块相当于在L 的位移上运动了时间t 所以滑块匀 速运动的速度 v 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 方案二 摆球测速原理 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 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 第4页 共8页 算出碰撞后对
6、应小球的速度 cos12glv 尽量减少被测对象 可利用该方案研究做碰撞后粘在一起的情况 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 和 泥 碰撞时撞针插入橡皮泥中 把两个小车连接成一体 如上 图 通过纸带测出它们碰撞前后的速度 t x v x 是纸带上两 间的距 离 可用 测量 t 为小车经过 x 所用的时间 可由打点间隔算 出 注意 在实验室条件下为保证匀速直线运动 需平衡摩擦力 总结归纳 不论采用哪种方案 实验过程均可按实验方案合理安排 进行数据处理 给出结论 1 实验步骤
7、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 记入表中 见下表 5 改变碰撞条件 重复步骤3 4 6 整理器材 结束实验 2 数据处理 1 将上述记录的数据进行数据处理 填入表格 通过分析比较找 出碰撞中的守恒量 实验情景 探究 量 质量速度mv mv 2 v m 第5页 共8页 碰撞 前 m1v1m1v1 m2v2m1v21 m2v22 v1 m1 v2 m2 m2v2 碰撞 后 m1v1 m1v1 m2v2 m1v1 2 m2v2 2 v1 m1 v2 m2 m2v2 2 实 验 结论 在误差 允许 的范 围内 碰撞 前后 不变的 量
8、是 的乘积 即 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 3 注意事项 1 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 2 保 证两物体发生的 是一 维碰 撞 即 两个 物体 碰撞 前 后沿 运动 3 若利用气垫导轨进行实验 调整气垫导轨时 注意利用水平仪 确保导轨水平 4 若利用摆球进行实验 两小球静放时 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 误差分析 1 碰撞是否为 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 如摩擦力 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
9、避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物 体的速度 3 测量摆角 滑块宽度 计数点间距时的误差 特别是测摆角带 来的误差最大 第6页 共8页 当堂反馈 1 试写出下列物理过程中的不变量 1 一物体做自由落体 2 一个物体在竖直方向做匀速直线运动 3 一物体沿光滑曲面自由下滑 2 在 探究碰撞中的不变量 实验中 某同学采用如图所示的装置进 行实验 把两个小球用等长的细线悬挂于同一点 让B 球静止 拉起 A 球 由静止释放后使它们相碰 碰后粘在一起 实验过程中除了要测量A 球被 拉起的角度 1 及它们碰后摆起的最大角度2之外 还需测量 写 出物理量的名称和符号 才能验证碰撞中的动量守恒 用 测 量
10、的 物 理 量 表 示 动 量 守 恒 应 满 足 的 关 系 式 是 课后巩固 1 关于两个物体间的一维碰撞 下列说法正确的是 A 碰撞前后 两物体的速度方向在同一直线上 B 碰撞前 两物体的速度方向互相垂直 C 碰撞后 两物体的速度方向互相垂直 D 碰撞前后 两物体组成的系统的总动能不变 2 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义 两个物体在光 滑的水平面上发生一维碰撞 为了探究碰撞中的不变量 需测量的物理量 是 A 两物体的质量 B 两物体碰撞前的速度 C 两物体碰撞后的速度 D 两物体碰撞前发生的位移 3 在气垫导轨上进行 探究碰撞中的不变量 实验时 应做到 第7页 共8页
11、A 气垫导轨水平放置 B 光电门计时器要归零 C 检查遮光条的高度 看它能否顺利通过光电门计时器 D 气垫导轨右端适当垫高些 4 在用两摆球的碰撞做 探究碰撞中的不变量 实验中 下列说法正确的 是 A 悬挂两球的细线长度要适当 且等长 B 由静止释放小球以便较准确地计算小球碰撞前的速度 C 两小球必须都是小钢球且质量相等 D 两小球碰撞后可粘在一起共同运动 5 若用打点计时器做 探究碰撞中的不变量 实验 下列操作中正确的是 A 相互作用的两车上 一个装上撞针 一个装上橡皮泥 是为了改变 两车的质量 B 相互作用的两车上 一个装上撞针 一个装上橡皮泥 是为了碰撞 后粘在一起 C 先接通打点计时器
12、的电源 再释放拖动纸带的小车 D 先释放拖动纸带的小车 再接通打点计 时器的电源 6 如图所示 在气垫导轨上有两个滑块质量分别 为 m1和 m2 滑块上安装相同的遮光条 为探究 碰撞过程中的不变量 让滑块A 碰撞静止的 B 碰前光电门 1 遮光时间为 t1 碰后光电门 1 的遮光时间为 t2 光电门 2 的遮光时间为 t3 则碰撞前后 动量守恒的表达式为 7 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验 在小车 A 的前端粘有橡皮泥 推动小车A 使之做匀速直线运动 然后与原来静止 光电门 1 光电门 2 A B 第8页 共8页 在前方的小车 B 相碰并黏合成一体 继续做匀速直线运动 他 设计的具体装 置如图所示 在小车 A 后连着纸带 电磁打点计 时器电源频率 为 50 Hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 1 若已得到打点纸带如图所示 并测得各计数点间距离标在图上 A 为运动起始的第一点 则应选 段来计算A 的碰前速度 应选 段来计算 A 和 B 碰后的共同速度 填 AB BC CD 或 DE 2 已测得小车 A 的质量 mA 0 40 kg 小车 B 的质量 mB 0 20 kg 由以上 测量结果可得 碰 前 mAvA mBvB kg m s 碰 后 mAvA mBvB kg m s
