学年高中物理探究动量守恒定律课时1探究物体碰撞时动量变化的规律学案沪科版.docx

1、学年高中物理探究动量守恒定律课时1探究物体碰撞时动量变化的规律学案沪科版课时1探究物体碰撞时动量变化的规律学习目标 1.探究物体碰撞时动量变化的规律.2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法一、实验原理为了使问题简化，这里先研究两个物体碰撞时动量变化的规律，碰撞前两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，如果速度方向与我们规定的正方向一致取正值，相反取负值根据实验求出两物体碰撞前的总动量pm1v1m2v2碰撞后总动量pm1v1m2v2看一看p与p有什么关系？二、实验设计1实验设计

2、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？(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度？2实验案例：气垫导轨上的实验气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光条、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(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由摩擦产生的影响图1图2(1)质量的测量：用天平测量(2)速度的测量：用光电计时器测量设s为滑块上挡光条的宽度，t为数字计时器显示的滑块上挡光条经过光电门的时间，则v.三、实验步骤和数据处理1

3、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2按说明书连接好光电计时器与光电门3如图3所示，在滑片上安装好弹性架将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿与各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中图34如图4所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后发生碰撞，相碰后粘在一起，测出它们的质量和速度，将实验结果记入相应的表格图45在滑块上安装好撞针及橡皮泥后，将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一

4、侧经过光电门后两滑块碰撞，然后一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中6根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞时动量变化的规律气垫导轨实验数据记录表碰撞前碰撞后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(ms1)v1v2v1v2mv(kgms1)m1v1m2v2m1v1m2v2结论实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变四、注意事项1保证两个物体碰撞前沿同一直线，碰撞后仍沿同一直线运动2调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平.例1某同学利用气垫导轨做“探究物体碰撞时动量变化的规律”的实验气垫导轨装置如图5所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成

5、图5(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；接通光电计时器；把滑块2静止放在气垫导轨的中间；滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2相碰撞，碰撞后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；读出滑块通过两个光电门的挡光时间：滑块1通过光电门1的挡光时间为t110.01 ms，通过光电门2的挡光时间为t249.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间为t38.35 ms；测出挡光片的宽度d5 mm，测得滑块1的质量为m1300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m22

6、00 g；(2)数据处理与实验结论：实验中气垫导轨的作用是：A_；B_.碰撞前滑块1的速度v1为_ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为_ m/s；滑块2的速度v3为_ m/s；(结果均保留两位有效数字)在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由(至少回答2个不变量)a_；b_.答案见解析解析(2)A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差B保证两个滑块的碰撞是一维的滑块1碰撞之前的速度v1m/s0.50 m/s；滑块1碰撞之后的速度v2m/s0.10 m/s；滑块2碰撞之后的速度v3m/s0.60 m/s；a.系统总动量不变原因：系统碰

7、撞之前m1v10.15 kgm/s，系统碰撞之后m1v2m2v30.15 kgm/s.b系统碰撞前后总动能不变原因：系统碰撞之前的总动能Ek1m1v0.037 5 J系统碰撞之后的总动能Ek2m1vm2v0.037 5 J所以系统碰撞前后总动能相等c系统碰撞前后质量不变例2为了探究物体碰撞时动量变化的规律，实验最好在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用频闪摄像的方法每隔0.4秒的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的持续时间很短，可以忽略，如图6所示，已知A、B之间

8、的质量关系是mB1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：图6(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后，两个滑块的总动量是否不变答案见解析解析(1)分析题图可知碰撞后从发生碰撞到第二次拍摄照片时，A运动的时间是t1s0.2 s由此可知，从第一张拍摄照片到发生碰撞的时间为t2(0.40.2) s0.2 s则碰撞前B物体的速度为vBm/s1.0 m/s由题意得vA0.(2)

9、碰撞前：mAvAmBvB1.5mA碰撞后：mAvAmBvB0.75mA0.75mA1.5mA，所以mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后两个物体总动量不变例3某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来探究物体碰撞时动量变化的规律：打点计时器、低压交流电源(频率为50 Hz)、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的质量为mA0.4 kg，小车B的质量为mB0.2 kgB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，

10、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7所示，根据这些数据完成下表图7碰撞前碰撞后A车B车AB整体质量(kg)速度(m/s)(ms1kg1)mv (kgm/s)mv2 (kgm2/s2)(3)根据以上数据可得碰撞前后动量守恒的表达式为_答案(1)ADCEB(2)见解析(3)mAvAmBvB(mAmB)vAB解析(1)按照先安装，后实验，最后重复实验的顺序，该同学正确的实验步骤为ADCEB.(2)小车在碰撞前后均为匀速直线运动，可由纸带上的点迹分布求出速度碰撞后小车A、B合为一体，求出AB整体的共同速度注意打点计时器

11、的频率为50 Hz，打点时间间隔为0.02 s，通过计算得下表.碰撞前碰撞后A车B车AB整体质量(kg)0.40.20.6速度(m/s)3.002.0(ms1kg1)7.503.3mv (kgm/s)1.201.2mv2 (kgm2/s2)3.602.4(3)由表中数值可看出mv一行中数值相同，可猜想碰撞前后动量守恒的表达式为mAvAmBvB(mAmB)vAB.1在利用气垫导轨探究物体碰撞时动量变化的规律实验中，哪些因素可导致实验误差()A导轨安放不水平 B滑块上挡光片倾斜C两滑块质量不相等 D两滑块碰后粘合在一起答案AB2用如图8所示装置探究物体碰撞时动量变化的规律，气垫导轨水平放置，挡光板

12、宽度为9.0 mm，两滑块被弹簧(图中未画出)弹开后，左侧滑块通过左侧光电计时器，记录时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧光电计时器，记录时间为0.060 s，左侧滑块的质量为100 g，左侧滑块的动量m1v1_ gm/s，右侧滑块的质量为150 g，两滑块的总动量m1v1m2v2_ gm/s.(取向左为速度的正方向)图8答案22.50解析左侧滑块的速度为：v1m/s0.225 m/s则左侧滑块的动量m1v1100 g0.225 m/s22.5 gm/s以向左为速度的正方向，则右侧滑块的速度为：v2m/s0.15 m/s则右侧滑块的动量m2v2150 g(0.15 m/s)22.5 gm/s

13、因m1v1与m2v2等大、反向，所以两滑块动量的矢量和m1v1m2v20.3.图9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9所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察两物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的总动量规律(1)该同学还必须有的器材是_；(2)需要直接测量的数据是_；(3)本实验中表示碰撞前后动量守恒的表达式应为_(用测得的物理量符号表示)答案(1)刻度尺、天平(2)两物体的质量m1、m2和两物体落地点分别到桌面两侧边缘的水平距离s1、s2(3)m1s1m2s2解析物体离开桌面后做平抛运动，取左边物体的初速度方向为正方向，设两物体质量

14、和平抛初速度分别为：m1、m2，v1、v2，平抛运动的水平位移分别为s1、s2，平抛运动的时间为t，需要验证的方程：0m1v1m2v2，其中：v1，v2，代入得到m1s1m2s2，故需要测量两物体的质量m1、m2和两物体落地点分别到桌面两侧边缘的水平距离s1、s2，需要的器材为刻度尺、天平1.图1用如图1所示的装置探究物体碰撞时动量变化的规律，必须注意的事项是()AA到达最低点时，两球的球心连线可以不水平B实验时，拉起A球，应由静止释放，以便较准确地计算小球碰撞前的速度C多次测量减小误差时，A球必须从同一高度下落DA、B两小球碰撞后可以粘合在一起共同运动答案BCD解析要保证一维对心碰撞，必须保

15、证碰撞时球心在同一高度，A项错；为了较准确地利用机械能守恒定律计算小球碰撞前的速度，小球释放时速度必须为零，B项对；实验要求多次测量求平均值，必须保证过程的重复性，A球必须从同一高度落下，C项正确；两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确2对于实验最终的结论m1v1m2v2m1v1m2v2，下列说法正确的是()A仅限于一维碰撞B任何情况下m1vm2vm1v12m2v22都一定成立C式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小D式中的不变量是m1和m2组成的系统的总动量答案AD解析这个实验是在一维碰撞情况下设计的实验；系统的总动量在碰撞前后保持不变是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量

16、，应考虑方向故选项A、D正确3在用气垫导轨做“探究物体碰撞时动量变化的规律”实验时，左侧滑块质量为m1170 g，右侧滑块质量为m2110 g，挡光片宽度d为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图2所示开始时两滑块静止，烧断细线后，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t10.32 s，t20.21 s则两滑块的速度分别为v1_m/s，v2_m/s(保留三位有效数字)烧断细线前m1v1m2v2_kgm/s，烧断细线后m1v1m2v2_kgm/s.可得到的结论是_(取向左为速度的正方向)图2答案0.0940.14302.5104在实验误差允许的范围内，

17、两滑块动量之和不变解析两滑块的速度v1m/s0.094 m/s，v2m/s0.143 m/s，烧断细线前m1v1m2v20烧断细线后m1v1m2v2(0.1700.0940.1100.143) kgm/s2.5104 kgm/s，在实验误差允许的范围内，m1v1m2v2m1v1m2v24某同学设计了一个用打点计时器探究物体碰撞时动量变化的规律实验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图3所示在小车甲后面连着纸带，打点计时器打点频率为50 Hz，长木板下垫着的小木片用以平衡摩擦力图3(1

18、)若已得到打点纸带如图4所示，测得的各计数点间距已标在图上，A为运动起始的第一点，则应选_段来计算小车甲碰撞前的速度，应选_段来计算小车甲和乙碰撞后的共同速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)图4(2)已测得小车甲的质量为m甲0.40 kg，小车乙的质量为m乙0.20 kg，由以上测量结果可得：碰撞前m甲v甲m乙v乙_ kgm/s；碰撞后m甲v甲m乙v乙_ kgm/s.(3)可得出的结论是_答案(1)BCDE(2)0.4200.417(3)在误差允许的范围内，碰撞前后两个小车的动量之和相等解析(1)观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的BC段应为小车甲与乙碰撞前的阶段，CD段点迹

19、不均匀，故CD段应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一起做匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选DE段来计算碰撞后共同的速度(2)v甲1.05 m/s，v乙0v甲v乙0.695 m/sm甲v甲m乙v乙0.420 kgm/s碰撞后m甲v甲m乙v乙0.600.695 kgm/s0.417 kgm/s.(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的动量之和相等5如图5所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和带固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究物体碰撞时动量变化的规律实验：图5(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放一质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹

20、簧处于水平方向上的压缩状态(2)按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A运动至C的时间t1，B运动至D的时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值请回答以下几个问题：(1)在调整气垫导轨时应注意_；(2)应测量的数据还有_；(3)作用前A、B两滑块的总动量为_，作用后A、B两滑块的总动量为_(用测量的物理量符号和已知的物理量符号表示)答案(1)用水平仪测量并调试使得气垫导轨水平(2)A至C的距离L1、B至D的距离L2(3)0(Mm)M或M(Mm) 解析(1)为了保证滑块A、B作用后做匀速直线运动，必须使气垫导

21、轨水平，需要用水平仪加以调试(2)要求出A、B两滑块在电动卡销放开后的速度，需测出A至C的时间t1和B至D的时间t2，并且要测量出两滑块到两挡板的运动距离L1和L2，再由公式v求出其速度(3)设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA，vB.作用前两滑块静止，v0，动量之和为0；作用后两滑块的动量之和为(Mm)M.若设向右为正方向，同理可得作用后两滑块的总动量之和为M(Mm).6有甲、乙两辆小车，质量分别为m1302 g、m2202 g，甲小车拖有纸带，通过打点计时器记录它的运动情况，乙小车静止在水平桌面上，甲小车以一定的速度向乙小车运动，与乙小车发生碰撞后两车粘合在一起共同运动这

22、个过程中打点计时器在纸带上记录的点迹如图6所示，在图上还标出了用刻度尺量出的各点的数据，已知打点计时器的打点频率为50 Hz.图6(1)从纸带上的数据可以得出：两车碰撞过程经历的时间大约为_ s；(结果保留两位有效数字)(2)碰前甲车的动量大小为_ kgm/s，碰后两车的总动量为_ kgm/s；(结果保留三位有效数字)(3)从上述实验中能得出什么结论？_.答案(1)0.10(2)0.2020.203(3)在误差允许范围内，碰撞前、后两车的总动量保持不变解析本题通过分析纸带来确定甲车速度的变化从纸带上0点开始每0.02 s内甲车位移分别为13.2 mm、13.5 mm、13.5 mm、12.6

23、mm、11.7 mm、10.8 mm、9.9 mm、9 mm、8.1 mm、8 mm、8 mm.(1)从以上数据可知从第3点到第8点是碰撞过程，则t50.02 s0.10 s.(2)碰撞前甲车的速度v1103 m/s0.670 m/s，碰撞前甲车的动量p1m1v10.302 kg0.670 m/s0.202 kgm/s；碰撞后两车的速度v2v1v103 m/s0.402 m/s，碰撞后两车的总动量p(m1m2)v(0.3020.202)0.402 kgm/s0.203 kgm/s.(3)在误差允许范围内，碰撞前、后两车的总动量保持不变7某班物理兴趣小组选用如图7所示的装置来“探究物体碰撞时动量

24、变化的规律”将一段不可伸长的轻质小绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点，另一端连接小钢球A，把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧在小钢球最低点N右侧放置一水平气垫导轨，气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的遮光板)、光电门(已连接数字毫秒计)当地的重力加速度为g.图7某同学按上图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触而无压力)和光电门，调整好气垫导轨高度，确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰让小钢球A从某位置静止释放，摆到最低点N与滑块B碰撞，碰撞后小钢球A立即反向，碰撞时间极短(1)为了完成实验，除了毫秒计读数t、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和遮光板宽度d外，还需要测量的物理量有_A小钢球A的质量mAB绳长LC小钢球从M到N运动的时间(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB_.(用题中已给的物理量符号来表示)(3)实验中要验证的表达式是： _.(用题中已给的物理量符号来表示)答案(1)AB(2)(3)mB解析滑块B通过光电门时的瞬时速度vB.根据牛顿第二定律得：F1mAgmA.F2mAgmA.由：mAv1mAv2mBvB得：mB.所以还需要测量小钢球A的质量mA以及绳长L.