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1、成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-5 动量守恒定律动量守恒定律第十六章第十六章第一节第一节实验：探究碰撞中的不变量实验：探究碰撞中的不变量 第十六章第十六章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位了解探究碰撞中的不变量的基本思路和实验方法了解探究碰撞中的不变量的基本思路和实验方法体验探究自然规律的过程体验探究自然规律的过程探究一维碰撞中的不变量探究一维碰撞中的不变量课堂情景切入课堂情
2、景切入碰碰撞撞是是自自然然界界中中常常见见的的现现象象。两两节节火火车车车车厢厢之之间间的的挂挂钩钩靠靠碰碰撞撞连连接接，台台球球由由于于两两球球的的碰碰撞撞而而改改变变运运动动状状态态。微微观观粒粒子子之之间间更更是是由由于于相相互互碰碰撞撞而而改改变变能能量量，甚甚至至使使得得一一种种粒粒子子转转化化为为其其他粒子。他粒子。碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？知识自主梳理知识自主梳理1.一维碰撞一维碰撞两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿_运运动动，碰碰撞撞后后_运动。这种碰撞叫做一维碰撞。运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2探寻守恒量探寻守恒量在在一一维维碰
3、碰撞撞的的前前提提下下，设设两两个个物物体体的的质质量量分分别别为为m1、m2，碰碰撞撞前前它它们们的的速速度度分分别别为为v1、v2，碰碰撞撞后后的的速速度度分分别别为为v1、v2。实验的基本思路实验的基本思路 同一直线同一直线仍沿这条直线仍沿这条直线实验方案设计实验方案设计 宽度宽度光电门光电门单摆摆长单摆摆长小车匀速小车匀速1.将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中从从上上表表中中的的三三个个关关系系中中，找找出出碰碰撞撞前前和和碰碰撞撞后后相相等等的的关关系系量。量。数据处理数据处理 重点难点突破重点难点突破一、实验过程一、实验过程1实验器材实
4、验器材方方案案一一：气气垫垫导导轨轨、光光电电计计时时器器、天天平平、滑滑块块(两两个个)、弹弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶片、撞针、橡皮泥等。簧片、细线、弹性碰撞架、胶片、撞针、橡皮泥等。方方案案二二：带带细细线线的的摆摆球球(两两个个)、铁铁架架台台、天天平平、量量角角器器、坐标纸、胶片等。坐标纸、胶片等。方方案案三三：光光滑滑长长木木板板、打打点点计计时时器器、纸纸带带、小小车车(两两个个)、天平、撞针、橡皮泥等。天平、撞针、橡皮泥等。2实验步骤实验步骤不不论论采采用用哪哪种种方方案案，实实验验过过程程均均可可按按实实验验方方案案合合理理安安排排，参考步骤如下：参考步骤如下：(1)用天平测
5、量相关的质量；用天平测量相关的质量；(2)安装实验装置；安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；使物体发生碰撞；(4)测量或读出有关数据，计算出物体的速度；测量或读出有关数据，计算出物体的速度；(5)改变碰撞条件重复上述改变碰撞条件重复上述3、4步；步；(6)进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；(7)整理实验器材。整理实验器材。 二、注意事项二、注意事项1保保证证两两物物体体发发生生的的是是一一维维碰碰撞撞。即即两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2气气垫垫导导轨轨是是一
6、一种种精精度度较较高高的的现现代代化化教教学学仪仪器器。切切忌忌振振动动、重重压压，严严防防碰碰伤伤和和划划伤伤，禁禁止止在在不不通通气气的的情情况况下下将将滑滑块块在在轨面上滑磨。轨面上滑磨。3若若利利用用气气垫垫导导轨轨进进行行实实验验，调调整整气气垫垫导导轨轨时时注注意意应应利利用水平仪确保导轨水平。用水平仪确保导轨水平。4利利用用摆摆球球进进行行实实验验时时，可可以以将将实实验验仪仪器器靠靠在在一一个个大大型型的的量量角角器器上上，这这样样可可以以较较准准确确地地读读出出小小球球摆摆动动的的角角度度，以以减减小小误差。误差。5若若利利用用摆摆球球进进行行实实验验，两两小小球球静静止止时
7、时球球心心应应在在同同一一水水平平线线上上，以以便便对对心心碰碰撞撞，且且刚刚好好接接触触时时，摆摆线线竖竖直直，将将小小球球拉拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。起后，两条摆线应在同一竖直面内。6碰碰撞撞有有很很多多情情形形，我我们们追追寻寻的的不不变变量量必必须须在在各各种种碰碰撞撞情况下都不改变，才符合要求。情况下都不改变，才符合要求。三、误差分析三、误差分析1碰碰撞撞前前后后是是否否在在一一条条直直线线上上，与与实实验验设设计计有有关关。气气垫垫导导轨轨很很好好地地控控制制了了两两个个物物体体碰碰撞撞的的一一维维性性，其其他他两两个个设设计计都都存存在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实
8、验的误差。在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实验的误差。2碰碰撞撞中中是是否否受受其其他他力力(例例如如：摩摩擦擦力力)的的影影响响是是带带来来误误差差的的又又一一个个重重要要原原因因，实实验验中中要要合合理理控控制制实实验验条条件件，尽尽量量减减小小或或避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。3测测量量及及读读数数的的准准确确性性也也是是造造成成误误差差的的一一个个重重要要原原因因，实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响。实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响。方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。方案一相比之
9、下较为准确，研究的项目也可以更多一些。考点题型设计考点题型设计 某某同同学学运运用用以以下下实实验验器器材材，设设计计了了一一个个碰碰撞撞实实验验来来寻寻找找碰碰撞撞前前后后的的不不变变量量：打打点点计计时时器器、低低压压交交流流电电源源(频频率率为为50Hz)、纸纸带带、表表面面光光滑滑的的长长木木板板、带带撞撞针针的小车的小车A、带橡皮泥的小车、带橡皮泥的小车B、天平。、天平。该同学设计的实验步骤如下：该同学设计的实验步骤如下：A用用天天平平测测出出小小车车A的的质质量量为为mA0.4kg、小小车车B的的质质量量为为mB0.2kgB更换纸带重复操作三次更换纸带重复操作三次探究一维碰撞中的不
10、变量探究一维碰撞中的不变量 C小小车车A靠靠近近打打点点计计时时器器放放置置，在在车车后后固固定定纸纸带带，把把小小车车B放在长木板中间放在长木板中间D把把长长木木板板平平放放在在桌桌面面上上，在在一一端端固固定定打打点点计计时时器器，连连接电源接电源E接通电源，并给小车接通电源，并给小车A一定的初速度一定的初速度vA(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来_。(2)打打点点计计时时器器打打下下的的纸纸带带中中，比比较较理理想想的的一一条条如如图图所所示示，根据这些数据完成下表。根据这些数据完成下表。解解析析：(1)按按照照先先安安装装，后后实实验验，最最
11、后后重重复复的的顺顺序序，该该同同学学正确的实验步骤为正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰碰撞撞前前后后均均为为匀匀速速直直线线运运动动，由由纸纸带带上上的的点点迹迹分分布布求求出出速速度度。碰碰后后小小车车A、B合合为为一一体体，求求出出AB整整体体的的共共同同速速度度。注注意意打打点点计计时时器器的的频频率率为为50Hz，打打点点时时间间间间隔隔为为0.02s，通通过过计计算得下表。算得下表。(3)由由表表中中数数值值可可看看出出mv一一行行中中数数值值相相同同，可可猜猜想想碰碰撞撞前前后不变量的表达式为后不变量的表达式为mAvAmBvB(mAmB)v。答案：答案：(1)ADCEB(2)见
12、解析见解析(3)mAvAmBvB(mAmB)v(青青州州市市实实验验中中学学20142015学学年年高高二二下下学学期期期期中中)在在用用气气垫垫导导轨轨做做“探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量”实实验验时时，左左侧侧滑滑块块质质量量m1170 g，右右侧侧滑滑块块质质量量m2110 g，挡挡光光片片宽宽度度为为3.00 cm，两两滑滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。(河河北北邢邢台台一一中中20142015学学年年高高二二下下学学期期检检测测)某某同同学学用用图图甲甲所所示示装装置置通通过过半半径径相相同同的的A、B两
13、两球球的的碰碰撞撞来来寻寻找找守守恒恒量量，图图中中PQ是是斜斜槽槽，QR为为水水平平槽槽，实实验验时时先先使使A球球从从斜斜槽槽上上某某一一固固定定位位置置G由由静静止止开开始始滚滚下下，落落到到位位于于水水平平地地面面的的记记录录纸纸上上，留留下下痕痕迹迹，重重复复上上述述操操作作10次次，得得到到10个个落落点点痕痕迹迹，再再把把B球球放放在在水水平平槽槽上上靠靠近近槽槽末末端端的的地地方方，让让A球球仍仍从从位位置置G由由静静止止开开始始滚滚下下，和和B球球碰碰撞撞后后，A、B球球分分别别在在记记录录纸纸上上留留下下各各自自的的落落点点痕痕迹迹，重重复复这这种种操操作作10次次，图图中
14、中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点， 实验创新实验创新 (1) 碰撞后碰撞后B球的水平射程应为球的水平射程应为_cm。(2)若若mv为为守守恒恒量量，在在以以下下选选项项中中，哪哪些些是是本本次次实实验验必必须须进行的测量进行的测量()A. 水平槽上未放水平槽上未放B球时，测量球时，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离BA球与球与B球碰撞后，测量球碰撞后，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离C测量测量A球或球或B球的直径球的直径D测量测量A球和球和B球的质量球的质量E测量测量G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度(3)
15、实实验验中中，对对入入射射小小球球在在斜斜槽槽上上释释放放点点的的高高低低对对实实验验影影响响的说法中正确的是的说法中正确的是_。A释释放放点点越越低低，小小球球受受阻阻力力越越小小，入入射射小小球球速速度度越越小小，误差越小误差越小B释释放放点点越越低低，两两球球碰碰后后水水平平位位移移越越小小，水水平平位位移移测测量量的相对误差越小，两球速度的测量越准确的相对误差越小，两球速度的测量越准确C释释放放点点越越高高，两两球球相相碰碰时时，相相互互作作用用的的内内力力越越大大，阻阻力的影响相对越小，误差越小力的影响相对越小，误差越小D释释放放点点越越高高，入入射射小小球球对对被被碰碰小小球球的的
16、作作用用力力越越大大，轨轨道对被碰小球的阻力越小道对被碰小球的阻力越小解解析析：(1)将将10个个点点圈圈在在圆圆内内的的最最小小圆圆的的圆圆心心作作为为平平均均落落点点，可可由由刻刻度度尺尺测测得得碰碰撞撞后后B球球的的水水平平射射程程为为64.7cm，因因最最后后一一位位数数字字为为估估计计值值，允允许许误误差差0.1cm，因因此此64.6cm和和64.8cm也也是是正正确的。确的。(2)从从同同一一 高高度度做做平平抛抛运运动动飞飞行行的的时时间间t相相同同，而而水水平平方方向向为为匀匀速速运运动动，故故水水平平位位移移svt，所所以以只只要要测测出出小小球球飞飞行行的的水水平平位位移移
17、，就就可可以以用用水水平平位位移移代代替替平平抛抛初初速速度度，亦亦即即碰碰撞撞前前后后的的速速度度，证证明明mAOP与与mAOMmBON是是否否相相等等，即即可可以以说说明明两两个个物物体体碰碰撞撞前前后后各各自自的的质质量量与与其其速速度度的的乘乘积积之之和和是是否否相相等等，故故必必须须测测量量的的是是两两球球的的质质量量和和水水平平射射程程，即即选选项项A、B、D是是必必须须进进行的测量。行的测量。(3)入入射射球球的的释释放放点点越越高高，入入射射球球碰碰撞撞前前的的速速度度越越大大，相相撞撞时时作作用用力力越越大大，阻阻力力的的影影响响相相对对越越小小，也也有有利利于于减减小小测测
18、量量水水平平位位移移时时的的相相对对误误差差，从从而而使使实实验验的的误误差差减减小小，故故A、B、D错错误误，C正确。正确。答案：答案：(1)64.7cm(64.664.8cm均可均可)(2)ABD(3)C点点评评：该该题题中中利利用用平平抛抛运运动动的的规规律律，巧巧妙妙的的提提供供了了一一种种测测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。某某同同学学把把两两块块大大小小不不同同的的木木块块用用细细线线连连接接，中中间间夹夹一一被被压压缩缩了了的的轻轻弹弹簧簧，如如图图所所示示，将将这这一一系系统统置置于于光光滑滑的的水水平平桌桌面面上上，烧烧断断细细线线，观观察察物物体体的的运运动动情情况况，进进行行必必要要的的测测量量，探探究究物物体体间相互作用时的守恒量。间相互作用时的守恒量。(1)该同学还必须有的器材是该同学还必须有的器材是_；(2)需直接测量的数据是需直接测量的数据是_；(3)若若mv为为所所探探究究的的守守恒恒量量，需需要要验验算算的的表表达达式式如如何何表表示示？_。答答案案：(1)刻刻度度尺尺天天平平(2)两两木木块块的的质质量量m1、m2和和两两木木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2(3)m1x1m2x2
