浙江专版高中物理第十六章动量守恒定律第1节实验探究碰撞中的不变量学案新人教版选修35Word格式文档下载.docx

1、二、实验原理1探究思路（1）一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。（2）追寻不变量：在一维碰撞的情况下，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，如果速度与规定的正方向一致，取正值，相反取负值。依次研究以下关系是否成立：m1v1m2v2m1v1m2v2；m1v12m2v22m1v12m2v22；。探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v1、v2。2实验方案方案一：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。实验装置如

2、图所示。（1）质量的测量：用天平测量质量。（2）速度的测量：v，式中x是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量。t为小车经过x所用的时间，可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况。方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图所示。可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。（3）不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。方案三：利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示。利用公式v，式中x为滑块（挡光片）的宽度，t为数字计时器显

3、示的滑块（挡光片）经过光电门对应的时间。（3）利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。（4）实验方法：用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动（图甲）；在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架（图乙），可以得到能量损失很小的碰撞；在两个滑块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，把两个滑块连成一体运动（图丙），这样可以得到能量损失很大的碰撞。方案四：利用斜槽实现两小球的一维碰撞，如图甲、乙所示。让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。由于两小

4、球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间为时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1和s2。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1m2s2相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。（3）让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。三、实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。带细线的小球（两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个（带挡光片）、

5、重物、弹簧片、细线、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、螺旋测微器、圆规。四、实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1用天平测量两物体的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。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，填入预先设计好的表格中。5改变碰撞条件，重复步骤3、4。6进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量。7整理器材。碰撞前碰撞后质量m（kg）m1m2速度v（ms1）v1v2v1v2mv（kgmm1v1m2v2m1v1m2v2mv2（kgm2s2）m1

6、v12m2v22m1v12m2v22（ms1kg1）实验结论五、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）的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，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。六、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气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在导轨面上滑磨。3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。4利用摆球进行实验时，可

7、以将实验仪器靠在一个大型的量角器上，这样可以较准确的读出小球摆动的角度，以减小误差。5若利用摆球进行实验，两小球静止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。七、它案设计“探究碰撞中的不变量”的实验方法多种多样，实验的情景变化、实验原理、实验方案也随之变化，关键是：1控制好实验条件，即碰撞过程中不受其他外力。2便于测量碰撞前后物体的速度。实验的操作与验证典例1把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来，中间夹一被压缩的轻弹簧，置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上，如图所示。现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，探究金属球间发生相互作用时的不

8、变量。测量过程中：（1）还必须添加的器材有_。（2）需直接测量的数据是_。（3）需要验证的表达式如何表示？_。思路点拨两球平抛的时间相同，水平位移大小与初速度成正比，根据水平位移大小关系、质量大小关系寻找不变量，从而确定器材。解析两球弹开后，分别以不同的速度离开桌面做平抛运动，两球做平抛运动的时间相等，均为t（h为桌面离地的高度）。根据平抛运动规律，由两球落地点距抛出点的水平距离xvt知，两球水平速度之比等于它们的射程之比，即v1v2x1x2，所以本实验中只需测量x1、x2即可，测量x1、x2时需准确记下两球落地点的位置，故需要刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板等。若要探究m1x1m

9、2x2或者m1x12m2x22或者是否成立，还需用天平测量两球的质量m1、m2。答案（1）刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平（2）两球的质量m1、m2，两球碰后的水平射程x1、x2（3）m1x1m2x2本实验与两球是否同时离开水平桌面无关，若水平桌面不光滑，弹簧将两球弹开过程中，两球速度会受摩擦力影响导致无法完成实验。实验数据的处理典例2如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动。已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据

10、照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做_运动，其速度大小为_m/s，本实验中得出的结论是_。思路点拨解析由题图可知，A、B离开弹簧后，均做匀速直线运动，开始时vA0，vB0，A、B被弹开后，vA0.09 m/s，vB0.06 m/s，mAvA0.20.09 kgm/s0.018 kgm/smBvB0.30.06 kg由此可得：mAvAmBvB，即0mBvBmAvA结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒。答案匀速直线0.09两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒比较作用前后的某些物理量时，等号两边统一单位即可，不一定用国际单位。典例3某同学设计

11、了一个用打点计时器验证碰撞过程中的不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，使小车A做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车B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甲所示。在小车A后连着纸带，打点计时器电源频率为50 Hz，长木板右端下部垫着小木片（图中未画出）用以平衡摩擦力。（1）若已得到打点纸带如图乙所示，并把测得的各计数点间的距离标在图上，A点为运动起始的第一点，则应选_段来计算小车A的碰前速度，应选_段来计算小车A和小车B碰后的共同速度。（以上两空均选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”）（2）已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.2

12、0 kg，由以上测量结果可得：碰前mAvAmBvB_ kgm/s；碰后mAvAmBvB_kgm/s。解析（1）小车A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BC段；CD段上所打的点由稀变密，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，所以DE段打出的点又是间距均匀的，故应选DE段计算碰后的速度。（2）碰撞前后：vAm/s1.05 m/s，vAvBvm/s0.695 m/s；碰前：mAvAmBvB0.401.05 kgm/s0.42 kgm/s，碰后：mAvAmBvB（mAmB）v0.600.695 kgm/s0.417 kg答案（1）BCDE（2）0.420.417创新设计实验典例4某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，图中PQ为斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且在G、R、O所在的平面内，米尺