【金牌学案】高中物理 第十六章 1 实验：探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修35.ppt

第十六章 动量守恒定律 1 实验 探究碰撞中的不变量 知识点1实验的基本思路1 一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后仍沿这条直线运 动 这种碰撞叫做 一维碰撞 2 追寻不变量 1 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 依次研究以下关系式是否成立 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 不变量的特点 在各种碰撞的情况下都不改变 3 碰撞的其他情形 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 4 一个运动物体与一个静止物体相碰撞 5 两个物体碰后可能分开 也可能黏在一起不再分开 知识点2实验案例方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞 1 质量的测量 用天平测量 计时器测出的滑块经过光电门的时间 3 不同碰撞情况的实现 利用弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥设计各种类型的碰撞 利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量 方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞 1 质量的测量 用天平测量 2 速度的测量 可以测量小球被拉起的角度 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 从而算出碰撞后对应小球的速度 3 不同碰撞情况的实现 用贴胶布等方法增大两球碰撞时 的能量损失 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 1 质量的测量 用天平测量 知识点3实验操作和实验结论1 器材 方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 弹 簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 方案二 带细线的摆球 两套 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶布等 方案三 光滑长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 2 操作过程 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 用天平测相关质量 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 5 改变碰撞条件 重复步骤 3 4 6 整理器材 结束实验 7 进行数据处理 通过分析比较 找出碰撞中的守恒量 3 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 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 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 4 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 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 避免碰撞时除相互作用力外的其他力影响物体速度 5 实验结论 通过实验数据分析可得m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 即 在碰撞过程中不变量为mv 例题 图16 1 1研究的是碰撞过程 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 连在小车的后面 让小车a运动 小车b静止 在两小车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 把两个小车连接成一体 图16 1 1 1 除研究打点计时器打下的纸带外 还需要测量的量是 2 如果打点计时器的电源周期为t 碰撞前6个点之间的距离为s1 碰撞后6个点之间的距离为s2 则碰撞前a的速度为 碰撞后a b的速度为 3 本实验测速度的过程中引进的误差来源是 答案 见解析 1 河源2012届高三质检 我们可以用带竖直挡板c d的气垫导轨以及滑块a b来做探究碰撞中的不变量的实验 实验装置如图16 1 2所示 弹簧的长度忽略不计 采用的实验步骤如下 图16 1 2 a 用天平分别测出滑块a b的质量ma mb b 调整气垫导轨 使导轨处于水平 c 在滑块a 滑块b间放入一个被压缩的轻弹簧 用电动 卡销锁定 静止放置在气垫导轨上 d 用刻度尺测出滑块a的左端至板c的距离l1 e 按下电钮放开卡销 同时使分别记录滑块a b运动时间的计时器开始工作 当滑块a b分别碰撞挡板c d时停止计时 记下滑块a b分别到达挡板c d的运动时间t1和t2 1 实验中还应测量的物理量是 滑块b的右端至d板的 2 利用上述测量的实验数据 验证作用前后质量与速度乘质量与速度的积在误差允许范围内相等 但大小并不完全相等 产生误差的原因 距离l2 阻力或气垫导轨不水平等 积的表达式是 由此公式算得的a b两滑块的 题型1 巧用碰撞中的不变量解决相关问题 例题 在气垫导轨上有两个滑块a b 质量分别为m1和m2 已知它们碰后的速度分别为v1 和v2 a滑块碰前的 速度为v1 则b滑块碰前的速度为 答案 d规律总结 当两个物体发生一维碰撞时 碰撞前后物体质量与速度的乘积之和不变 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 应用本规律解决问题时 关键是要准确找出碰撞前后两个状态所包含的物理量 1 潮州2012届高三模拟 a b两滑块在同一光滑的水平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16 1 3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 图16 1 3 1 碰撞发生在何处 2 碰撞发生在第一次闪光后多长时间 解 1 根据分析可判定 碰撞发生在第1 2次闪光时刻 之间 碰撞后b静止 故碰撞发生在x 60cm处 2 碰撞后a向左做匀速直线运动 设其速度为va 所以 va t 20cm 题型2 实验数据的处理 例题 一水平光滑桌面上有a b两小车 质量分别是0 6kg和0 2kg a车的车尾拉着纸带 a车以某一速度与静止的b车碰撞 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16 1 4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 图16 1 4 答案 mv在碰撞前后相等 规律总结 速度是矢量 在探究过程 必须考虑它的方向 一维碰撞中 规定一个正方向 与它相同的记为正 相反为负 在猜测不变量时 所研究的必须是一维各种情况下都不变的量 验证时应不断改变条件 使尽可能多的情况得到验证 2 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的前端黏有橡皮泥 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相碰并黏合成一体 继续做匀速直线运动 他设计的具体装置如图16 1 5所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 图16 1 5 1 若已得到打点纸带如图16 1 6所示 并将测得的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a的碰前速度 应选 段来计算a和b碰后的共同 速度 填 ab bc cd 或 de bc de 图16 1 6 2 已测得小车a的质量ma 0 40kg 小车b的质量mb 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前mava mbvb k