定律16_1实验探究碰撞中的不变量课件新人教版选修3_5.ppt

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1、第 1节 实验：探究碰撞中的不变量 第十六章 动量守恒定律 01课前自主学习 动手填一填 一、实验的基本思路 1 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，这种碰撞叫做 碰撞。在这种碰撞中，与物体运动有关的物理量有物体的 和 。 2 我们寻找的物理量必须在各种碰撞的情况下都 ，这样才称得上是 “ 不变量 ” 。 1 一维 2 质量 3 速度 4 不改变 二、实验方案 质量可以用 测量，本实验要解决的主要问题是怎样保证物体沿 运动和怎样测量物体的 。 1 天平 2 同一直线 3 速度 方案一： 利用气垫导轨实现一维碰撞，利用与之配套的光电计时装置迅速测量两个滑块碰撞前后的速度。实验装

2、置如图甲所示。 (1 ) 速度的测量 v x t，式中 x 为滑块上挡光片的 ， t 为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门的时间。 (2 ) 各种碰撞情景 两滑块的碰撞端装上弹性碰撞架，或贴胶布，或分别装上撞针和橡皮泥等，达到碰撞后弹开或连在一起的效果。 4 宽度 方案二： 利用等长悬线悬挂等大小的球实现一维碰撞。如图乙所示。 (1 ) 速度的测量：可以通过测量小球被拉起时偏离竖直方向的 ，从而算出碰撞前对应小球的速度的大小；测量碰撞后小球摆起时偏离竖直方向的最大 ，从而算出碰撞后对应小球的速度的大小。 (2 ) 不同碰撞情况的实现：用碰撞端贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。 5 角度

3、 6 角度 方案三： 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器并连接在首先运动的小车后面。通过纸带测出两小车碰撞前后的速度。 (1 ) 速度 ( 大小 ) 的测量： v x t， x 是纸带上两计数点间的距离，可用 测量。 t 为小车经过 x 所用的时间，可由打点时间间隔算出。 (2 ) 粘合碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 7 刻度尺 思维辨析 1 (1 ) 利用摆球进行探究实验 ( 方案二 ) 时，为保证一维碰撞，可使两等大且静止时等高的摆球一动碰一静、球心对球心相撞。 ( ) (2 ) 利用打点计时器进行探究

4、实验 ( 方案三 ) 时，可以通过平衡摩擦力达到与光滑桌面相同的效果。 ( ) (3 ) 数据处理时可以不关注速度的方向。 ( ) 2 怎样才能保证碰撞是一维的？ 提示： 利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上 运动，或利用等大且静止时等高的摆球 一动碰一静、球心对球心相撞，使两物体重心连线与速度方向共线。 3 教材中所提出的三个实验方案，速度的测量是如何实现的？ 提示： 方案一：利用速度公式 v x t； 方案二：根据机械能守恒定律： mgl (1 cos ) 12m v2； 方案三：分析打点计时器打出点的纸带求速度， v x t。 02 课堂合作探究 要点 实验原理及注意事项 1 保证两物

5、体发生的是一维碰撞。 2 用气垫导轨实验时，确保导轨水平。 3 若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且两小球刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。 4 碰撞有很多情形。我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求。 例 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车 A 的前端装有橡皮泥，轻推一下小车A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并连成一体，继续做匀速直线运动。他设计的具体装置如图所示。在小车 A 后连着纸带，电磁打点计时器所接电 源的频率为 50 Hz ，长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。 (1

6、 ) 若已得到的打点纸带如图所示，每隔 4 个点取 1 个计数点，并测得各计数点间距离标在图上。 A 为运动起始的第一点，则应选 _ _ _ 段来计算小车 A 碰前的速度，应选 _ _ _ _ 段来计算小车 A 和小车 B 碰后的共同速度。 ( 以上两空选填 “ AB ”“ BC ”“ CD ” 或 “ DE ”) (2 ) 测得小车 A 的质量 mA 0. 40 k g ，小车 B 的质量 mB 0.2 0 kg ，由以上测量结果可得：碰前 mAvA mBvB_ _ k g m /s ；碰后 mAvA mBvB _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ k g m / s 。 BC

7、 DE 0.420 0.41 7 1 小车 A 碰前、碰后做何种运动？ 2 碰撞对小车 A 的速度大小有何影响？ 提示： 小车 A 碰前、碰后均做匀速直线运动。 提示： 小车 A 的速度减小。 解析 (1) 分析纸带上的打点情况， AB 段相邻两点间距在增大，表示小车 A 的速度在增大， BC 段相邻两点间距相等，表示小车 A 的速度不再增大，小车 A 在做匀速运动，因此应选用 BC 段 计算小车 A 的碰前速度。 CD 段相邻两点间距越来越小，表示小车 A 的速度在减小，而 DE 段相邻两点间距相等，表示小车 A 的速度不再减小，小车 A 又再做速度较小的匀速运动，故应选用 DE 段计算碰后

8、小车 A和小车 B 的共同速度。 (2 ) 小车 A 在碰撞前速度为 vABC5 1f10 .50 10 25 0.0 2m /s 1 . 0 5 0 m / s ， 碰撞前小车 A 和小车 B 的质量与速度的乘积之和为 mAvA mBvB mAvA 0.4 0 1.0 50 k g m /s 0 . 4 2 0 k g m / s ， 碰撞后小车 A 和小车 B 的共同速度为 v 共 DE5 1f6.95 10 25 0.02m /s 0 . 6 9 5 m / s ， 碰撞后，小车 A 和小车 B 的质量与速度的乘积之和为 mAvA mBvB ( mA mB) v 共 (0.2 0 0.4

9、0 ) 0.695 k g m /s 0 . 4 1 7 k g m / s 。 探究碰撞中的不变量实验的设计思路 (1 ) 保证碰撞是一维的。 (2 ) 由于一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度，而质量可以通过天平测得，所以实验设计的关键是碰撞前后物体的瞬时速度的测量。 【针对训练】 如图甲所示，气垫导轨上有 A 、 B 两个滑块，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，两个滑块在弹簧作用下向相反方向运动。如图乙所示为两滑块运动过程的部分频闪照片，频闪的频率为 10 H z 。已知滑块 A 、 B 的质量分别为20 0 g 、 3

10、0 0 g ，根据照片记录的信息， 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 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 匀速 0.09 碰撞前后滑块 A 、 B 的质量与速度的乘积之和为不变量 解析 频闪周期 T 1f 0.1 s 碰撞前： vA 0 ， vB 0 ，所以有 mAvA mBvB 0 规定向左为正方向，则有 碰撞后： vA xA3 T9.5 0 10 2 6.8 0 10 23 0 .1m /s 0 . 0 9 m / s ，

11、 vB xB3 T1.8 5 10 2 3.6 5 10 23 0.1m /s 0 . 0 6 m / s mAvA mBvB 0.2 0.0 9 kg m /s 0 . 3 ( 0 . 0 6 ) k g m / s 0 则由以上计算可知： mAvA mBvB mAvA mBvB。 易 错 点 排 查 易错点 不能将具体实验器材和实验原理结合 示例 某同学把两块大小相同、质量不同的物块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如图所示。将这 一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用前后质量与速度乘积之和为不变量。 (1 ) 该同学还必须用到的

12、器材是 _ _ _ _ _ _ 。 (2 ) 需要直接测量的数据是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 (3 ) 用所得数据验证质量与速度乘积之和为不变量的关系式是 _ _ _ _ _ _ 。 刻度尺、天平 两物块的质量 m 1 、 m 2 和两物块落地点分别到桌子两侧边 缘的水平距离 x 1 、 x 2 m 1 x 1 m 2 x 2 解析 用天平先分别测出两物块质量 m1、 m2，然后按照实验要求操作，烧断细线，两物块被弹簧分别向两侧弹出，两物块离开桌面后做平抛运动，用刻度尺测出两物块落地点分别到桌子两侧边缘的水平

13、距离 x1、 x2，由于桌面水平，平抛运动的高度相同，平抛运动的时间相同， v xt，规定向右为正方向，若 m1v1 m2v2 0 0 成立，即 m1x1 m2x2 0 0 成立，即 m1x1 m2x2成立，则可验证。 为了确定物体的速度，利用平抛运动规律进行迁移，是高考试题中考查考生能力经常出现的题型。弹簧将两物块弹开，要注意两物块速度的矢量性。 易错反思 ： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _