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1、1动量动量课前前基基础认知知课堂堂重重难突破突破素养素养目目标定位定位随随堂堂训练素养目标定位目目 标标 素素 养养1.明确探究碰撞中的不变量的基本思路明确探究碰撞中的不变量的基本思路,在对实验数据的处理在对实验数据的处理过程中过程中,提高学生合作探究能力。提高学生合作探究能力。2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测掌握在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量方法,通过对实验数据的记录与处理通过对实验数据的记录与处理,培养学生实事求是的培养学生实事求是的科学态度。科学态度。3.明确动量的概念明确动量的概念,知道其矢量性。知道其矢量性。4.知道动量的变化量是矢量知道
2、动量的变化量是矢量,会计算一维情况下动量的变化量。会计算一维情况下动量的变化量。知知识识概概览览课前基础认知一、寻求碰撞中的不变量一、寻求碰撞中的不变量1.质量不同小球的碰撞质量不同小球的碰撞:大小相同、质量不同的大小相同、质量不同的B、C两小球两小球,C球质量大于球质量大于B球质量。碰撞后球质量。碰撞后B球摆起的最大高度大于球摆起的最大高度大于C球球被拉起时的高度。可以看出被拉起时的高度。可以看出,碰撞后碰撞后,B球得到的速度比球得到的速度比C球碰球碰撞前的速度大撞前的速度大,两球碰撞前后两者的速度之和并不相等。引两球碰撞前后两者的速度之和并不相等。引发我们思考发我们思考:对于所有碰撞对于所
3、有碰撞,碰撞前后到底什么量会是不变的碰撞前后到底什么量会是不变的呢呢?2.合理猜想不变量。合理猜想不变量。(1)两个物体碰撞前后动能之和可能是不变的两个物体碰撞前后动能之和可能是不变的。(2)两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的。微思考微思考怎样才能保证碰撞是一维的怎样才能保证碰撞是一维的?提示提示:利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动,也也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动可以利用长木板限定物体在同一直线上运动,或使两物体重或使两物体重心连线与速度方向共线。心连线与速度方向共线。二
4、、动量二、动量1.动量。动量。(1)定义定义:物理学中把物理学中把质量质量和和速度速度的乘积的乘积mv定义为物体的动定义为物体的动量量,用字母用字母p表示表示,即即p=mv。(2)单位单位:国际制单位是国际制单位是千克米每秒千克米每秒,符号是符号是kgm/s。(3)方向方向:动量是动量是矢矢量量,动量的方向与动量的方向与速度速度的方向相同。的方向相同。2.动量的变化量。动量的变化量。物体在某段时间内末动量物体在某段时间内末动量p与初动量与初动量p的矢量差的矢量差(也是矢量也是矢量),p=p-p(矢量式矢量式)。微判断微判断1.动量的方向与物体的速度方向相同。动量的方向与物体的速度方向相同。()
5、2.质量和速率都相同的物体的动量一定相同。质量和速率都相同的物体的动量一定相同。()3.动量相同的物体运动方向不一定相同。动量相同的物体运动方向不一定相同。()4.物体的质量越大物体的质量越大,动量一定越大。动量一定越大。()5.物体的动量相同物体的动量相同,其动能也一定相同。其动能也一定相同。()课堂重难突破一一实验:寻求碰撞中的不求碰撞中的不变量量重难归纳【实验目的】【实验目的】1.碰撞中的特殊情况碰撞中的特殊情况一维碰撞。一维碰撞。两个物体碰撞前沿同一直线运动两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动。碰撞后仍沿这条直线运动。高中阶段仅限于用一维碰撞进行研究。在一维碰撞的情况下
6、高中阶段仅限于用一维碰撞进行研究。在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度,因此实验因此实验要测量物体的质量和速度。要测量物体的质量和速度。2.寻求碰撞中的不变量。寻求碰撞中的不变量。(1)碰撞前后物体质量不变碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态但质量并不描述物体的运动状态,不是我们寻找的不是我们寻找的“不变量不变量”。(2)只有只有在在多种碰撞的情况下都不改变的量多种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们寻找的才是我们寻找的“不变量不变量”。(3)在一维碰撞的情况下在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为设两个物体的
7、质量分别为m1、m2,其中其中,m1是运动小车的质量是运动小车的质量,m2是静止小车的质量是静止小车的质量;v是运动小是运动小车碰撞前的速度车碰撞前的速度,v1、v2分别是碰撞后两辆小车的速度。如分别是碰撞后两辆小车的速度。如果速度与规定的正方向一致果速度与规定的正方向一致,则速度取正值则速度取正值,否则取负值。否则取负值。碰撞中的不变量可能是质量与速度的碰撞中的不变量可能是质量与速度的乘积乘积之和之和,那么就相那么就相应地验证应地验证m1v=m1v1+m2v2。碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的乘积乘积之和之和,那么就相应地验证那么就相应地验证m
8、1v2=m1v12+m2v22。碰撞中的不变量也许是物体的速度与质量的碰撞中的不变量也许是物体的速度与质量的比值比值之和之和,那那么就相应地么就相应地验证验证当然还有其他可能当然还有其他可能,依次进行验证依次进行验证。【实验器材】【实验器材】气垫导轨、数字计时器、滑块气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板带挡光板)两两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平。平。【实验原理】【实验原理】1.质量的测量质量的测量:用天平测量。用天平测量。2.速度的测量速度的测量:用滑轨上的数字计时器测量。用滑轨上的数字计时器测量。3.利用在小车上增
9、加重物的方法改变碰撞物体的质量。利用在小车上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。【实验步骤】【实验步骤】如图所示如图所示,利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、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。胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞。【数据处理】【数据处理】为了探究碰撞中的不变量为了探究碰撞中的不变量,将实验中测得的将实验中测得的物理量填入以下表格物理量填入以下表格,然后探究不变量。然后探究不变量。【实验结论】【实验结论】从实验的数据可以看出从实验的数据可以看出,此实验中两辆小车此实验中两辆小车碰撞前后碰撞前后,动能之和并不相等动能之和并不相等,但是质量与速度的乘积之和却
10、但是质量与速度的乘积之和却基本不变。基本不变。【误差分析】【误差分析】1.系统误差。系统误差。(1)碰撞是否为一维碰撞。设计实验方案时应保证碰撞为一碰撞是否为一维碰撞。设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。维碰撞。(2)碰撞中其他力碰撞中其他力(例如摩擦力、空气阻力等例如摩擦力、空气阻力等)的影响带来的的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件误差。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。力外的其他力影响物体速度。2.偶然误差。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数,同
11、时增加测量次数同时增加测量次数,取平均值取平均值,尽量减小偶然误差的影响。尽量减小偶然误差的影响。典例剖析某某同学利用气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验同学利用气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验,气垫导气垫导轨装置如图所示轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。架、光电门等组成。(1)下面是实验的主要步骤。下面是实验的主要步骤。安装好气垫导轨安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平使导轨水平;向气垫导轨通入压缩空气向气垫导轨通入压缩空气;接通数字计时器接通数字计时器;把滑块把滑块2静止放在气垫导轨
12、的中间静止放在气垫导轨的中间;滑块滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;释放滑块释放滑块1,滑块滑块1通过光电门通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑后与左侧有固定弹簧的滑块块2碰撞碰撞,碰后滑块碰后滑块1和滑块和滑块2依次通过光电门依次通过光电门2,两滑块通过光两滑块通过光电门后依次被制动电门后依次被制动;读出滑块通过两个光电门的挡光时间读出滑块通过两个光电门的挡光时间,滑块滑块1通过光电门通过光电门1的挡光时间的挡光时间t1=10.01ms,通过光电门通过光电门2的挡光时间的挡光时间t2=49.99ms,滑块滑块2通过光电门通过光电门2的挡光时间的挡光时间t3=8.3
13、5ms;测出挡光片的宽度测出挡光片的宽度d=5mm,测得滑块测得滑块1的质量为的质量为m1=300g,滑块滑块2(包括弹簧包括弹簧)质量为质量为m2=200g。(2)数据处理与实验结论。数据处理与实验结论。实验中气垫导轨的作用实验中气垫导轨的作用:A.;B.。碰撞前滑块碰撞前滑块1的速度的速度v1为为m/s;碰撞后滑块碰撞后滑块1的速度的速度v2为为m/s;滑块滑块2的速度的速度v3为为m/s。(结果保留两结果保留两位有效数字位有效数字)在误差允许的范围内在误差允许的范围内,通过本实验通过本实验,同学们可以探究出哪同学们可以探究出哪些物理量是不变的些物理量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由
14、。通过对实验数据的分析说明理由。(至少至少回答回答2个不变量个不变量)a.;。b.;。答案答案:(2)大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差误差保证两个滑块的碰撞是一维的保证两个滑块的碰撞是一维的0.500.10 0.60见解析见解析a.碰撞碰撞前后前后物体物体质量质量与速度的乘积之和不变。与速度的乘积之和不变。原因原因:碰撞碰撞前前物体物体的的质量与速度的乘积质量与速度的乘积m1v1=0.15kgm/s,碰碰撞撞后后物体物体的的质量与速度的乘积之和质量与速度的乘积之和m1v2+m2v3=0.15kgm/s。b.碰撞碰撞前后前后物体物体总总动能不变
15、。动能不变。规律方法规律方法1.实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在,利用气垫导轨进利用气垫导轨进行实验行实验,调节时注意利用水平仪调节时注意利用水平仪,确保导轨水平。确保导轨水平。2.利用气垫导轨结合光电门进行实验探究不仅能保证碰撞是利用气垫导轨结合光电门进行实验探究不仅能保证碰撞是一维的一维的,还可以做出多种情形的碰撞还可以做出多种情形的碰撞,物体碰撞前后速度的测物体碰撞前后速度的测量简单量简单,误差较小误差较小,准确性较高准确性较高,是最佳探究方案。是最佳探究方案。学以致用在在用气垫导轨做探究碰撞中的不变量实验时用气垫导轨做探究碰撞中的不变量实验时,左
16、侧滑块左侧滑块质量质量m1=170g,右侧滑块质量右侧滑块质量m2=110g,挡光片宽度为挡光片宽度为3.00cm,两滑两滑块之间有一压缩的弹簧片块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起并用细线连在一起,如图所示如图所示。开始时两滑块静止开始时两滑块静止,烧断细线后烧断细线后,两滑块分别向左、右方向两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为运动。挡光片通过光电门的时间分别为t1=0.32s,t2=0.21s。规定向左为正方向。规定向左为正方向,则两滑块的速度分别为则两滑块的速度分别为v1=m/s,v2=m/s。烧断细线前。烧断细线前m1v1+m2v2=kgm/s,烧断细线后烧断细线后m1v1+m2v2=kgm/s。可得到的结论。可得到的结论是是。答案答案:0.094-0.14302.510-4在实验允许的误差范围在实验允许的误差范围内内,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2解析解析:两滑块两滑块速度速度烧断细线前烧断细线前m1v1+m2v2=0烧断细线后烧断细线后m1v1+m2v2=(0.1700.094-0.1100.143)kgm/s=2.510-4kgm/s在实验
