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1、 温故知新 实验现象 小球总能回到等高位置 实验分析 小球好像 记得 自己起始高度 在物理学中 我们把这一事实说成是 有某一量是守恒的 能量 生活中的各种碰撞现象 微观粒子相互作用 思考与猜想 1 这些天壤之别的运动 是否遵循相同的物理规律 2 碰撞现象会不会有什么物理量保持不变 第十六章动量守恒定律 1 实验 探究碰撞中的不变量 教学目标 一 知识与技能1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法 3 掌握实验数据处理的方法 二 过程与方法1 学习根据实验要求 设计实验 完成某种规律的探究方法 2 学习根据实验数据进行猜测 探究 发现规律的
2、探究方法 三 情感 态度与价值观1 通过对实验方案的设计 培养学生积极主动思考问题的习惯 并锻炼其思考的全面性 准确性与逻辑性 2 通过对实验数据的记录与处理 培养学生实事求是的科学态度 能使学生灵活地运用科学方法来研究问题 解决问题 提高创新意识 3 在对实验数据的猜测过程中 提高学生合作探究能力 4 在对现象规律的语言阐述中 提高了学生的语言表达能力 还体现了各学科之间的联系 可引伸到各事物间的关联性 使自己溶入社会 教学重点碰撞中的不变量的探究 教学难点实验数据的处理 教学方法教师启发 引导 学生自主实验 讨论 交流学习成果 教学用具 投影片 多媒体辅助教学设备 完成该实验实验室提供的实
3、验器材 如气垫导轨 滑块等 一 观察实验 提出问题 思考 碰撞前后会不会有什么物理量保持不变 可能存在什么样的数学关系式 实验的基本思路 1 一维碰撞 两物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后仍沿这条直线运动且方向与假定正方向同向为正 反向为负 思考与猜想 与物体运动有关的物理量有哪些呢 碰撞前后会不会有什么物理量保持不变 质量与速度 二 我们的猜想 猜想 猜想 猜想 保证一维碰撞即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动 且方向与假定正方向同向为正 反向为负如何测量物体的质量 天平 怎样测量物体的速度 三 设计方案 设计实验需要考虑的问题 测速原理1 实验案例方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞 1 质量
4、的测量 用天平测量 3 不同碰撞情况的实现 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 计时器 测出的滑块经过光电门的时间 1 单摆测速 设摆绳长为L 测出摆角 和 机械能守恒可得速度为 测速原理2 方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞 2 不同碰撞情况的实现 用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失 实验步骤用天平测出辆小车的质量 包括撞针或橡皮泥 固定打点计时器 连好电路 平衡摩擦力做实验改变质量 重做实验数据记录与处理 方案三 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞 测速原理3 方案三 利用小车在光滑桌面
5、上碰撞另一静止小车实现一维碰撞 1 质量的测量 用天平测量 频闪照片测速 分析频闪照片中A B滑块碰撞前后的位置情况 设频闪时间间隔为 t 可得速度为 vA XA t 测速原理4 方案四 频闪照片 斜槽 末端水平 天平 刻度尺 重垂线 方案五 利用平抛运动 平抛测速 测出碰撞前后各球落点到O间的距离XOP XOM XON 各球空中运动时间均相同 设为 t 可得速度为 v X水 t 为防止碰撞中A球反弹 有mA mB 落点确定 测速原理5 方案五 利用平抛运动 仪器 小球 天平 刻度尺 重垂线 斜槽 注意 5 用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置 3 实验中不需要测量时间 也不需要测量桌面的高
6、度 4 为防止碰撞中A球反弹 有mA mB 1 斜槽末端的切线要水平 2 每次实验从同一高度释放小球 方案五 利用平抛运动 平抛测速的其他方案 测速原理5 四 进行实验收集数据 实验装置应怎么组装 实验的程序 即实验步骤是什么 怎样进行实验数据的采集 分析与处理 怎样设计数据表格 对比 探究 验证实验中 如何设计一个直观 方便的表格也是成功的关键所在 操作过程 不论采用哪种方案 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 整理器材 结束实验 7 进行数据
7、处理 通过分析比较 找出碰撞中的守恒量 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 碰撞后仍沿同一直线运动 2 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 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 误差分析 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 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 避免碰
8、撞时除相互作用力外的其他力影响物体速度 5 实验结论 通过实验数据分析可得m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 即 在碰撞过程中不变量为mv 例题 图16 1 1研究的是碰撞过程 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 图16 1 1 1 除研究打点计时器打下的纸带外 还需要测量的量是 2 如果打点计时器的电源周期为T 碰撞前6个点之间的距离为s1 碰撞后6个点之间的距离为s2 则碰撞前A的速度为 碰撞后A B的速度为 3 本实验测速度的过程中引进的误
9、差来源是 答案 见解析 1 河源2012届高三质检 我们可以用带竖直挡板C D的气垫导轨以及滑块A B来做探究碰撞中的不变量的实验 实验装置如图16 1 2所示 弹簧的长度忽略不计 采用的实验步骤如下 图16 1 2 a 用天平分别测出滑块A B的质量mA mB b 调整气垫导轨 使导轨处于水平 c 在滑块A 滑块B间放入一个被压缩的轻弹簧 用电动 卡销锁定 静止放置在气垫导轨上 d 用刻度尺测出滑块A的左端至板C的距离L1 e 按下电钮放开卡销 同时使分别记录滑块A B运动时间的计时器开始工作 当滑块A B分别碰撞挡板C D时停止计时 记下滑块A B分别到达挡板C D的运动时间t1和t2 1
10、 实验中还应测量的物理量是 滑块B的右端至D板的 2 利用上述测量的实验数据 验证作用前后质量与速度乘质量与速度的积在误差允许范围内相等 但大小并不完全相等 产生误差的原因 距离L2 阻力或气垫导轨不水平等 积的表达式是 由此公式算得的A B两滑块的 2 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的前端黏有橡皮泥 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16 1 5所示 在小车A后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50Hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 图16 1 5 1 若已得到打点纸带如图
11、16 1 6所示 并将测得的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 BC DE 图16 1 6 2 已测得小车A的质量mA 0 40kg 小车B的质量mB 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 0 42 0 417 解析 1 小车A碰前做匀速直线运动 打在纸带上的点应该是间距均匀的 故计算小车碰前速度应选BC段 CD段上所打出的点由稀变密 可见在CD段A B两小车相互碰撞 A B碰撞后一起做匀速直线运动 所打出的点又是间距均匀的 故应选DE段计算碰后的速度
