高中物理 第十六章 动量守恒定律 1 实验：探究碰撞中的不变量课堂导引素材 新人教版选修3-5.doc

1 实验：探究碰撞中的不变量互动课堂疏导引导一、实验目的探究一维碰撞中的不变量.二、实验思路设置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，也就是保证两物体做一维碰撞.在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度.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.碰撞可能有很多情形：（1）两个质量相同的物体相碰撞.（2）两个质量相差悬殊的物体相碰撞.（3）两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞等等.（4）两个物体碰撞时可能碰后分开，也可能粘在一起不再分开等.寻找的不变量的特点是：在各种碰撞的情况下都不改变.碰撞前后不变的物理量可能有以下几种情况：（1）m1v1+m2v2=m1v1+m2v2（2）m1v12+m2v22=m1v12+m2v22（3）三、需要考虑的问题1.保证发生一维碰撞可以利用凹槽或气垫导轨限定运动在同一直线上进行，如课本参考案例一.2.质量的测量利用天平.3.速度的测量可以利用运动规律，如利用匀速运动中位移、速度、时间关系s=vt求速度，也可以利用物体带动纸带运动，通过纸带上打点计时器所打点迹来分析计算速度.四、实验数据的处理分别测出碰撞前后各物体的质量和速度后，通过归纳比较然后确定碰撞中的不变量.为了数据处理方便以及简明起见，可以设计出表格，在表格中列出碰撞前后各物体的质量、速度以及mv之和、mv2之和与之和，然后进行观察、比较.下面的表格为参考表格.碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1v2mvm1v1+m2v2m1v1+m2v2mv2m1v12+m2v22m1v12+m2v22五、实验结论经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即m1v1+m2v2=m1v1+m2v2.活动巧用【例1】 a、b两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短），用闪光相机照相，闪光4次摄得的闪光照片如图1611所示，已知闪光的时间间隔为ts，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，a、b两滑块均在080 cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块a恰好通过x=55 cm处，滑块b恰好通过x=70cm处，问：图1611（1）碰撞发生在何处？（2）碰撞发生在第一次闪光后多少时间？（3）两滑块的质量之比等于多少？思路解析：（1）据题意可判定：碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间，碰撞后b静止，故碰撞发生在x=60 cm处.（2）碰撞后a向左做匀速运动，设其速度为va,vat=20 cm从碰撞到第二次闪光时a向左运动10 cm，时间为t,有vat=10 cm设第一次闪光到发生碰撞时间为t,有：t+t=t由可得：t=t/2 s.（3）取向右为正方向碰撞前：a的速度cm/sb的速度cm/s碰撞后：a的速度cm/sb的速度在碰撞过程中，mava+mbvb=mava+mbvb由可得：mamb=23.答案：（1）碰撞发生在x=60 cm处（2）(3)23【例2】 如图1612（乙）所示，某同学设计了一个用打点计时器探索碰撞中不变量的实验：在小车a的前端粘有橡皮泥，推动小车a使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体，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后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.（甲）（乙）图1612（1）若已得到打点纸带如图1612（甲）所示，并将测得的各计数点间距标在图上，a为运动起始的第一点.则应选段计算a碰前的速度，应选段计算a和b碰后的共同速度.（填“ab”或“bc”、“cd”或“de”）（2）已测得小车a的质量m1=0.40 kg，小车b的质量m2=0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前m1v1为_kgm/s，碰后（m1+m2)v为_kgm/s.（3）通过以上实验及计算结果，你能得出什么结论？思路解析：（1）应选择小车运动稳定时的纸带来计算速度，故应选bc段计算a碰前的速度，选de段计算a和b碰后的共同速度.（2）碰前a的速度,m1v1=0.401.05 kgm/s=0.42 kgm/s;碰后a和b的共同