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1、动量守恒定律的应用第动量守恒定律的应用第3 3课时课时 高中物理高中物理选修选修3-5粤教版粤教版目标定位目标定位1.明确探究物体碰撞中明确探究物体碰撞中动动量量变变化化规规律的基本思律的基本思路路.2.掌握直掌握直线线运运动动物体速度的物体速度的测测量方法量方法猜想与假设猜想与假设为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动设两个物体的质量分别为设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为，碰撞后
2、的速度分别为v1、v2，如果速度与我们规定，如果速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值的正方向相同取正值，相反取负值根据实验求出两物体碰前动量根据实验求出两物体碰前动量pm1v1m2v2，碰后动量，碰后动量pm1v1m2v2，看，看p与与p是否相等，从而验证动量守恒定是否相等，从而验证动量守恒定律律实验设计实验设计实验设计需要考虑的问题：实验设计需要考虑的问题：(1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度如何测定碰撞前、后两物体的速度实验案例气垫导轨上的实验实验案例气垫导轨上的实验气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等
3、气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等气垫导轨装置如图气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图如图2所示，图中所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由，这样大大减小了由摩擦产生的影响摩擦产生的影响图图1(1)质量的测量：用质量的测量：用_测量
4、测量(2)速度的测量：用速度的测量：用_测量测量图图2天平天平光光电计时电计时器器实验步骤实验步骤1如图如图2所示调节气垫导轨，使其水平是否水平可按如下所示调节气垫导轨，使其水平是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止2按说明书连接好数字计时器与光电门按说明书连接好数字计时器与光电门3如图如图3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入设计好的表格中和速度，
5、将实验结果记入设计好的表格中图图34如如图图4所示，在滑所示，在滑块块上安装好上安装好弹弹性碰撞架将两滑性碰撞架将两滑块块从左、从左、右以适当的速度右以适当的速度经过经过光光电门电门后在两光后在两光电门电门中中间发间发生碰撞，生碰撞，碰撞后分碰撞后分别别沿各自碰撞前相反的方向运沿各自碰撞前相反的方向运动动再次再次经过经过光光电门电门，光光电计时电计时器分器分别测别测出两滑出两滑块块碰撞前后的速度碰撞前后的速度测测出它出它们们的的质质量后，将量后，将实验结实验结果果记记入相入相应应表格中表格中图图45.如如图图5所示，在滑所示，在滑块块上安装好撞上安装好撞针针及橡皮泥，将装有橡皮泥的滑及橡皮泥，
6、将装有橡皮泥的滑块块停在两光停在两光电门电门之之间间，装有撞，装有撞针针的滑的滑块块从一从一侧经过侧经过光光电门电门后两滑后两滑块块碰撞，一起运碰撞，一起运动经过动经过另一光另一光电电门门，测测出两滑出两滑块块的的质质量和速度，量和速度，将将实验结实验结果果记记入相入相应应表格中表格中图图56根据上述各次碰撞的根据上述各次碰撞的实验实验数据数据寻寻找物体碰撞中找物体碰撞中动动量量变变化的化的规规律律气气垫导轨实验垫导轨实验数据数据记录记录表表实验结论实验结论：碰撞前后两滑：碰撞前后两滑块块的的动动量之和保持不量之和保持不变变碰撞碰撞(烧烧断断)前前碰撞碰撞(烧烧断断)后后质质量量m(kg)m1
7、m2m1m2速度速度v(ms1)v1v2v1v2mv(kgms1)m1v1m2v2m1v1m2v2结论结论典例分析典例分析【例例1】(2014课标课标)现现利用利用图图6(a)所示的装置所示的装置验证动验证动量守量守恒定律在恒定律在图图(a)中，气中，气垫导轨垫导轨上有上有A、B两个滑两个滑块块，滑，滑块块A右右侧带侧带有一有一弹弹簧片，左簧片，左侧侧与打点与打点计时计时器器(图图中未画出中未画出)的的纸纸带带相相连连；滑；滑块块B左左侧侧也也带带有一有一弹弹簧片，上面固定一遮光片，簧片，上面固定一遮光片，光光电计时电计时器器(未完全画出未完全画出)可以可以记录记录遮光片通遮光片通过过光光电门
8、电门的的时时间间图图6实验测实验测得滑得滑块块A的的质质量量m10.310kg，滑，滑块块B的的质质量量m20.108kg，遮光片的，遮光片的宽宽度度d1.00cm；打点；打点计时计时器所用交器所用交流流电电的的频频率率f50.0Hz.将光将光电门电门固定在滑固定在滑块块B的右的右侧侧，启，启动动打点打点计时计时器，器，给给滑滑块块A一向右的初速度，使它与一向右的初速度，使它与B相碰碰后光相碰碰后光电计时电计时器器显显示示的的时间为时间为tB3.500ms，碰撞前后打出的，碰撞前后打出的纸带纸带如如图图(b)所示所示【例例2】某同学利用气某同学利用气垫导轨垫导轨做做“探究碰撞中的探究碰撞中的动
9、动量量变变化化规规律律”的的实验实验，气，气垫导轨垫导轨装置如装置如图图7所示，所用的气所示，所用的气垫导轨垫导轨装装置由置由导轨导轨、滑、滑块块、弹弹射架、光射架、光电门电门等等组组成成图图7(1)下面是下面是实验实验的主要步的主要步骤骤：安装好气安装好气垫导轨垫导轨，调节调节气气垫导轨垫导轨的的调节调节旋旋钮钮，使，使导轨导轨水水平；平；向气向气垫导轨垫导轨通入通入压缩压缩空气；空气；接通光接通光电计时电计时器；器；把滑把滑块块2静止放在气静止放在气垫导轨垫导轨的中的中间间；滑滑块块1挤压导轨挤压导轨左端左端弹弹射架上的橡皮射架上的橡皮绳绳；释释放滑放滑块块1，滑，滑块块1通通过过光光电门
10、电门1后与左后与左侧侧固定固定弹弹簧的滑簧的滑块块2碰撞，碰后滑碰撞，碰后滑块块1和滑和滑块块2依次通依次通过过光光电门电门2，两滑，两滑块块通通过过光光电电门门后依次被制后依次被制动动；读读出滑出滑块块通通过过两个光两个光电门电门的的挡挡光光时间时间分分别为别为滑滑块块1通通过过光光电电门门1的的挡挡光光时间时间t110.01ms，通，通过过光光电门电门2的的挡挡光光时间时间t249.99ms，滑，滑块块2通通过过光光电门电门2的的挡挡光光时间时间t38.35ms；测测出出挡挡光片的光片的宽宽度度d5mm，测测得滑得滑块块1(包括撞包括撞针针)的的质质量量为为m1300g，滑，滑块块2(包括
11、包括弹弹簧簧)质质量量为为m2200g；(2)数据数据处处理与理与实验结论实验结论：实验实验中气中气垫导轨垫导轨的作用是：的作用是：A._，B_碰撞前滑碰撞前滑块块1的速度的速度v1为为_m/s；碰撞后滑；碰撞后滑块块1的速度的速度v2为为_m/s；滑；滑块块2的速度的速度v3为为_m/s；(结结果保留果保留两位有效数字两位有效数字)在在误误差允差允许许的范的范围围内，通内，通过过本本实验实验，同学，同学们们可以探究出碰可以探究出碰撞前后系撞前后系统统的的总动总动量和量和总动总动能如何能如何变变化？通化？通过对实验过对实验数据的数据的分析分析说说明理由明理由a_；b._答案答案A.大大减小了因
12、滑大大减小了因滑块块和和导轨导轨之之间间的摩擦而引起的的摩擦而引起的误误差差B保保证证两个滑两个滑块块的碰撞是一的碰撞是一维维的的0.500.100.60a.系系统统碰撞前、后碰撞前、后质质量与速度的乘量与速度的乘积积之和不之和不变变b碰撞前后碰撞前后总动总动能不能不变变【例例3】(2014松原高二检测松原高二检测)某同学某同学设计设计了一个用打点了一个用打点计时计时器做器做“探究碰撞中探究碰撞中动动量量变变化化规规律律”的的实验实验：在小：在小车车A的前端的前端粘有橡皮泥，推粘有橡皮泥，推动动小小车车A使之做匀速运使之做匀速运动动，然后与原来静，然后与原来静止在前方的小止在前方的小车车B相碰
13、并粘合成一体，相碰并粘合成一体，继续继续做匀速运做匀速运动动他他设计设计的的实验实验具体装置如具体装置如图图8所示，在小所示，在小车车A后后连连着着纸带纸带，电电磁打点磁打点计时计时器使用的器使用的电电源源频频率率为为50Hz，长长木板下木板下垫垫着着小木片用以平衡摩擦力小木片用以平衡摩擦力图图8(1)若若实验实验已得到的打点已得到的打点纸带纸带如如图图9所示，并所示，并测测得各得各计计数点数点间间距距(标标在在图图上上)，则应该选则应该选_段来段来计计算算A的碰撞前速的碰撞前速度；度；应选应选_段来段来计计算算A和和B碰后的共同速度碰后的共同速度(选选填填“AB”、“BC”、“CD”或或“D
14、E”)图图9(2)已已测测得小得小车车A的的质质量量mA0.40kg，小，小车车B的的质质量量mB0.20kg.由以上由以上测测量量结结果可得：碰前果可得：碰前mAvA_kgm/s；碰后：；碰后：(mAmB)v共共_kgm/s.由此得出由此得出结论结论是是_(本本题计题计算算结结果均保留三位有效数字果均保留三位有效数字)答案答案(1)BCDE(2)0.4200.417结论见结论见解析解析解析解析(1)小车碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是小车碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前的速度应选间距均匀的，故计算小车碰前的速度应选BC段段CD段上所段上所打的点由稀变密，可见在打的点由稀变密，可见在CD段段A、B两小车相互碰撞两小车相互碰撞A、B碰撞后一起做匀速直线运动，所以打出的点又是间距均匀的，碰撞后一起做匀速直线运动，所以打出的点又是间距均匀的，故应选故应选DE段计算碰后的速度段计算碰后的速度
