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课件 新人教版选修35.ppt

第十六章 第1节 实验理论指导 典题案例导析 智能演练提升 题型一 题型二 题型三 一 实验目的 1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 探究一维碰撞中的不变量 2 设计方案方案一利用气垫导轨实现一维碰撞 实验装置如图16 1 1所示 图16 1 1 4 不同碰撞情况的实现 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16 1 2甲 在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞 图16 1 2乙 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 这样可以得到能量损失很大的碰撞 图16 1 2丙 图16 1 2 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16 1 3所示 1 质量的测量 用天平测量小球质量m1 m2 2 速度的测量 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v1 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v1 v2 图16 1 3 图16 1 4 三 实验器材方案一气垫导轨 光电计时器 天平 滑块两个 带挡光片 重物 弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 方案二带细线的小球 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 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 用天平测量两滑块的质量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 整理实验器材 五 注意事项 1 各方案必须保证两物体发生的是一维碰撞 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轨面上滑磨 调整水平时注意利用水平仪 3 利用摆球进行实验时 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 为了较准确的读出小球摆动的角度 可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上 4 由于碰撞的情形很多 猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求 成为实验结论 5 考虑到速度的矢量性 记录数据时应规定正方向 若速度方向与规定的正方向相同 则速度取正值 若速度方向与规定方向相反 则取负值 六 数据处理根据实验记录的数据 如下表所示 找出碰撞中的 不变量 七 误差分析1 系统误差 1 碰撞是否为一维碰撞 设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞 2 碰撞中其他力 例如 摩擦力 空气阻力等 的影响带来的误差 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 2 偶然误差测量和读数的准确性带来的误差 实验中应规范测量和读数 同时增加测量次数 取平均值 尽量减小偶然误差的影响 图16 1 5 据平抛运动规律 由两球落地点距抛出点的水平距离x vt 知两物体水平速度之比等于它们的射程之比 即v1 v2 x1 x2 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位置 故需要直尺 纸 复写纸 图钉 细线 铅锤 木板等 分析实验中测量记录的数据 验证关系式m1x1 m2x2是否成立 方案二 实验装置如图16 1 6所示 让一个质量较大的小球m1从斜槽上滚下来 跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球 半径相同 m2发生碰撞 正碰 小球的质量可以用天平称出 由方案一中的分析可知它们飞行的水平距离x vt与小球开始做平抛运动时的水平速度v成正比 图16 1 6 图16 1 7 例1 在利用悬线悬挂等大小球探究碰撞中的不变量的实验中 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 以便较准确计算小球碰前速度c 两小球必须都是钢性球 且质量相同d 两小球碰后可以粘在一起共同运动 答案 abd 例2 某同学设计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 8所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板右端下部垫着小木片 图中未画出 用以平衡摩擦力 图16 1 8 1 若已得到打点纸带如图16 1 9所示 并把测得的各计数点间距离标在图上 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 以上两空选填 ab bc cd 或 de 图16 1 9 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 kg m s 碰后mava mbvb kg m 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 所以打出的点又是间距均匀的 故应选de段计算碰后速度 答案 1 bcde 2 0 420 417 例3 用如图16 1 10所示的装置 探究碰撞中的不变量 质量为ma的钢球a用细线悬挂于o点 质量为mb的钢球b放在离地面高度为h的小柱n上 o点到a球球心的距离为l 使悬线在a球释放前张紧 悬线与竖直线的夹角为 a球释放后摆到最低点时恰与b球正碰 碰撞后 a球把轻质指示针oc推移到与竖直线夹角为 处 b球落到地面上 地面上铺一张盖