《物理浙江选修35课件第十六章动量守恒定律第1课时》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理浙江选修35课件第十六章动量守恒定律第1课时（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1课时实验 探究碰撞中的不变量 研究选考 把握考情 一 实验目的1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 探究一维碰撞中的不变量 二 实验原理1 两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后 运动 这种碰撞叫做一维碰撞 仍沿这条直线 2 实验的基本思路 寻求不变量在一维碰撞的情况下 令两个物体的质量分别为m1 m2 碰撞前的速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v1 v2 如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致 取正值 反之则取负值 探究以下关系式是否成立 三 需要测量的量及实验方案设计1 质量的测量 用 测量 2 速度的测量 方案1 利用气垫导轨结合光电门 1 所需测量量 滑块 挡光板 的
2、宽度 x 滑块 挡光板 经过光电门的时间 t 2 速度的计算 v 3 碰撞情景的实现 天平 图1 如图1所示 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 利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量 4 器材 气垫导轨 光电计时器 滑块 带挡光板 两个 弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 方案2 利用摆球结合机械能守恒定律 1 所需测量量 悬点至球心的距离l 摆球被拉起或碰后的角度 2 速度的计算 v 3 碰撞情景的实现 如图2所示 用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失 4 器材 带细线的摆球 两套 铁架台 量角器 坐标纸 胶布 图2 方案3 利用光滑水平面结
3、合打点计时器 1 所需测量量 纸带上两计数点间的距离 x 小车经过 x所用的时间 t 2 速度的计算 v 3 碰撞情景的实现 如图3所示 A运动 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 图3 4 器材 长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 撞针 橡皮泥 四 实验步骤 不论哪种方案 实验过程均可按实验方案合理安排 参考步骤如下 1 用天平测出相关质量 2 安装实验装置 3 使物体发生一维碰撞 测量或读出相关物理量 计算相关速度 填入预先设计好的表格 4 改变碰撞条件 重复实验 5 通过数据分析处理 找出碰撞中的不变量 6 整理器材 结束实验 五
4、 数据处理 将实验中测得的物理量填入下表 物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号 通过研究以上实验数据 找到碰撞前后的 不变量 六 注意事项 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 碰撞后仍沿这一直线运动 2 若利用气垫导轨进行实验 调整气垫导轨时要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 热点一实验步骤与数据处理 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
5、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mA 0 4kg 小车B的质量为mB 0 2kgB 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4所示 根据这些数据完成下表 图4 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
6、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 02s 通过计算得下表 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 见解析表格 3 mAvA mBvB mA mB v 热点二运用气垫导轨探究碰撞中的不变量 例2 在 探究碰撞中的不变量 的实验中 下面是某实验小组选用水平气垫导轨 光电门的测量装置来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况 实验仪
7、器如图5所示 图5 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 解析先分清碰前与碰后的状态量 再代入数据计算 答案 从左到右 从上到下 0 09400 0930 13800 136结论 在误差允许的范围内 碰前系统质量和速
8、度乘积的矢量和等于碰后系统质量和速度乘积的矢量和 热点三创新设计实验 例3 某同学把两个大小不同的物体用细线连接 中间夹一被压缩的弹簧 如图6所示 将这一系统置于光滑的水平桌面上 烧断细线 观察物体的运动情况 进行必要的测量 探究物体间相互作用时的不变量 图6 1 该同学还必须有的器材是 2 需要直接测量的数据是 3 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 答案 1 刻度尺 天平 2 两物体的质量m1 m2 两物体落地点分别到桌面边缘的水平距离x1 x2 3 m1x1 m2x2 例4 如图7所示 两个体积相同 质量各为m1和m2的小球A和B 分别放在竖直平面内的半圆形玻璃
9、轨道内侧 小球的半径比轨道半径小得多 现让A球从与圆心等高处由静止释放 在底部与静止小球B发生正碰 碰后A球反弹沿圆弧上升 现要利用此装置探究碰撞中的不变量 实验中可以不测量的物理量为 填选项前序号 图7 小球的质量m1 m2 圆弧轨道的半径R 小球A反弹后能上升的最高位置所对应的夹角 1 小球B碰后能上升的最高位置所对应的夹角 2 用实验测得的物理量表示在碰撞中的不变量的等式 A 导轨安放不水平B 小车上挡光板倾斜C 两小车质量不相等D 两小车碰后粘合在一起解析导轨不水平 小车速度将受重力影响 挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移 导致速度计算出现误差 答案AB 1 在利用
10、气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中 哪些因素可导致实验误差 2 用如图8所示的装置也可以完成 探究碰撞中的不变量 的实验 图8 1 若实验中选取的A B两球半径相等 为了使A B发生一维碰撞 应使两球悬线长度 悬点O1 O2之间的距离等于 2 若A B两球的半径不相等 利用本装置能否完成实验 如果你认为能完成 请说明如何调节 解析 1 为了保证发生一维碰撞 碰撞点应与两球球心在一条水平线上 故两球悬线长度相等 O1 O2之间距离等于球的直径 2 如果两球的半径不相等 也可完成实验 调整装置时 应使O1 O2之间距离等于两球的半径之和 两球静止时 球心在同一水平高度上 答案 1 相等球的直径 2
11、见解析 3 在实验室里为了探究碰撞中的不变量 一般可以采用如图9所示的装置 图9 1 若入射小球质量为m1 半径为r1 被碰小球质量为m2 半径为r2 则 A m1 m2 r1 r2B m1 m2 r1 r2C m1 m2 r1 r2D m1 m2 r1 r2 2 以下所提供的测量工具中必需的是 A 直尺B 游标卡尺C 天平D 弹簧测力计E 秒表 3 设入射小球的质量为m1 被碰小球的质量为m2 则 探究碰撞中的不变量 的结论为 用装置图中的字母表示 P为碰前入射小球落点的平均位置 解析 1 为防止反弹造成入射小球返回斜槽 要求入射小球质量大于被碰小球质量 即m1 m2 为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞 要求两小球半径相同 故C正确
