河北省唐山市开滦第二中学高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量导学案 新人教版选修35.doc

河北省唐山市开滦第二中学高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量导学案 新人教版选修3-5【学习目标】（1）明确探究碰撞中的不变量的基本思路；（2）掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法；（3）掌握实验数据处理的方法。【重点难点】探究碰撞中的不变量 【学习内容】【自主预习】1、一维碰撞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与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度3、光滑桌面上有1、2两个小球。1球的质量为0.3kg，以8m/s的速度跟质量为0.1kg的静止的2球碰撞，碰撞后2球的速度变为9m/s，1球的速度变为5m/s，方向与原来相同。根据这些数据，以上两项猜想是否成立：（1）通过计算说明，碰撞后是否是1球把速度传给了2球？（2）通过计算说明，碰撞后是否是1球把动能传给了2球？（3）请根据实验数据猜想在这次碰撞中什么物理量不变，通过计算加以验证。4、水平光滑桌面上有a、b两个小车，质量分别是06k g和02kga车的车尾拉着纸带，a车以某一速度与静止的b车发生一维碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的?【典型例题】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)。用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。已知闪光的时间间隔为t，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0-80cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块a恰好通过x=55cm处，滑块b恰好通过x=70cm处，问：(1)碰撞发生在何处? (2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间? (3)设两滑块的质量之比为ma：mb=2：3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?【问题思考】在探究碰撞中的不变量时，你认为在计算时怎样对待速度的方向？2、在课本参考案例(二)中，下列说法正确的是( ) a悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 b由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 c两小球必须都是钢性球，且质量相同 d两小球碰后可以粘合在一起共同运动 解析 两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以a正确。由于计算碰撞前速度时用到了mgh=mv2/20，即初速度为0，b正确。本实验中对小球的性能无要求，c错误。两球正碰后，有各种运动情况，所以d正确。 答案 abd3、为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，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，用闪光照相每隔04s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示，已知a、b之间的质量关系是mb=15ma，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10cm至105cm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： (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物体各自的质量与自己的速度的乘积和是不是不变量?解析 由图分析可知(1)碰撞后：vb/=050ms，va/=075ms从发生碰撞到第二次拍摄照片，a运动的时间是t1=02s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2=02 s，则碰撞前b物体的速度为vb=10ms，由题意得va=0。 (2)碰撞前：mava十mbvb=15ma， 碰撞后：mava/十mbvb/= 15ma，所以mava+mbvb=mava/+mbvb/，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量。4、如图所示，在实验室用两端带竖直挡板c、d的气垫导轨和有固定挡板的质量都是m的滑块a、b，做探究碰撞中不变量的实验： (1)把两滑块a和b紧贴在一起，在a上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住a和b，在与a和b的固定挡板间放一弹簧，使弹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，同时起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至c运动时间t1，b至d运动时间t2。 (3)重复几次取t1，t2的平均值。 请回答以下几个问题： 在调整气垫导轨时应注意 ； 应测量的数据还有 ； 作用前a、b两滑块速度与质量乘积之和为 ，作用后a、b两滑块速度与质量乘积之和为 。 解析 (1)为了保证滑块a、b作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要要用水平仪加以调试。 (2)要求出a、b两滑块在卡销放开后的速度，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挡板的距离l1和l2，再由公式v=s/t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=l1/t，vb=l2/t。碰前两物体静止，v=0，速度与质量乘积之和为0，碰后两滑块的速度与质量乘积为(m+m)l1/t1-ml2/t2 点评 要求两物体在碰撞前后质量与速度乘积的关系，就要根据不同的仪器直接或间接测量，最后比较在误差范围内其乘积是否相等即可。【课堂小结与反思】【课后作业与练习】1在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，用到的测量工具有()a秒表、天平、刻度尺b弹簧秤、秒表、天平c天平、刻度尺d秒表、刻度尺2在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，下列哪些因素可导致实验误差()a导轨安放不水平b小车上挡光片倾斜c两小车质量不相等d两小车碰后连在一起3用如图11所示的装置进行以下实验：a先测出滑块a、b的质量m、m及滑块与桌面间的动摩擦因数，查出当地的重力加速度gb用细线将滑块a、b连接，使a、b间的弹簧压缩，滑块b紧靠在桌边c剪断细线，测出滑块b做平抛运动落地点到重锤线的水平距离x1和滑块a沿桌面滑行的距离x2(1)为探究碰撞中的不变量，写出还需测量的物理量及表示它们的字母：_。(2)若mv为不变量，需验证的关系式为：_。4在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量m1170 g，右侧滑块质量m2110 g，挡光片宽度为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12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。烧断细线前m1v1m2v2_ kgm/s，烧断细线后m1v1m2v2_ kgm/s。可得到的结论是_。5如图13甲所示，在水平光滑轨道上停着a、b两辆实验小车，a车上系有一穿过打点计时器的纸带，当a车获得水平向右的