高中物理 第1章 碰撞与动量守恒 1.2 探究动量守恒定律 课时1 探究物体碰撞时动量变化的规律课件 沪科版选修35.ppt

第1章 1 2探究动量守恒定律 课时1探究物体碰撞时动量变化的规律 学习目标1 探究物体碰撞时动量变化的规律 2 掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前 后速度的测量方法 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 实验原理 为了使问题简化 这里先研究两个物体碰撞时动量变化的规律 碰撞前两物体沿同一直线运动 碰撞后仍沿这一直线运动 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 如果速度方向与我们规定的正方向一致取正值 相反取负值 根据实验求出两物体碰撞前的总动量p m1v1 m2v2碰撞后总动量p m1v1 m2v2 看一看p与p 有什么关系 二 实验设计1 实验设计要考虑的问题 1 如何保证碰撞前 后两物体速度在一条直线上 2 如何测定碰撞前 后两物体的速度 2 实验案例 气垫导轨上的实验气垫导轨 气泵 光电计时器 天平等 气垫导轨装置如图1所示 由导轨 滑块 挡光条 光电门等组成 在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔 向导轨空腔内不断通入压缩空气 压缩空气会从小孔中喷出 使滑块稳定地漂浮在导轨上 如图2所示 图中气垫层的厚度放大了很多倍 这样大大减小了由摩擦产生的影响 图1 图2 1 质量的测量 用 测量 2 速度的测量 用 测量 设 s为滑块上挡光条的宽度 t为数字计时器显示的滑块上挡光条经过光电门的时间 则v 天平 光电计时器 三 实验步骤和数据处理1 调节气垫导轨 使其水平 是否水平可按如下方法检查 打开气泵后 导轨上的滑块应该能保持静止 2 按说明书连接好光电计时器与光电门 3 如图3所示 在滑片上安装好弹性架 将两滑块从左 右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞 碰撞后分别沿与各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门 光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度 测出它们的质量后 将实验结果记入相应表格中 图3 4 如图4所示 在滑块上安装好撞针及橡皮泥 将两滑块从左 右以适当的速度经过光电门后发生碰撞 相碰后粘在一起 测出它们的质量和速度 将实验结果记入相应的表格 5 在滑块上安装好撞针及橡皮泥后 将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间 装有撞针的滑 图4 块从一侧经过光电门后两滑块碰撞 然后一起运动经过另一光电门 测出两滑块的质量和速度 将实验结果记入相应表格中 6 根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞时动量变化的规律 实验结论 碰撞前后两滑块的动量之和保持不变 气垫导轨实验数据记录表 四 注意事项 1 保证两个物体碰撞前沿同一直线 碰撞后仍沿同一直线运动 2 调整气垫导轨时 注意利用水平仪确保导轨水平 题型探究 例1某同学利用气垫导轨做 探究物体碰撞时动量变化的规律 的实验 气垫导轨装置如图5所示 所用的气垫导轨装置由导轨 滑块 弹射架 光电门等组成 1 下面是实验的主要步骤 安装好气垫导轨 调节气垫导轨的调节旋钮 使导轨水平 向气垫导轨通入压缩空气 接通光电计时器 把滑块2静止放在气垫导轨的中间 滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳 图5 释放滑块1 滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2相碰撞 碰撞后滑块1和滑块2依次通过光电门2 两滑块通过光电门2后依次被制动 读出滑块通过两个光电门的挡光时间 滑块1通过光电门1的挡光时间为 t1 10 01ms 通过光电门2的挡光时间为 t2 49 99ms 滑块2通过光电门2的挡光时间为 t3 8 35ms 测出挡光片的宽度d 5mm 测得滑块1的质量为m1 300g 滑块2 包括弹簧 的质量为m2 200g 2 数据处理与实验结论 实验中气垫导轨的作用是 a b 答案见解析 解析a 大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 b 保证两个滑块的碰撞是一维的 解析 答案 碰撞前滑块1的速度v1为 m s 碰撞后滑块1的速度v2为 m s 滑块2的速度v3为 m s 结果均保留两位有效数字 答案见解析 解析 解析 答案 在误差允许的范围内 通过本实验 同学们可以探究出哪些物理量是不变的 通过对实验数据的分析说明理由 至少回答2个不变量 a b 答案见解析 解析 答案 解析a 系统总动量不变 原因 系统碰撞之前m1v1 0 15kg m s 系统碰撞之后m1v2 m2v3 0 15kg m s b 系统碰撞前后总动能不变 原因 系统碰撞之前的总动能系统碰撞之后的总动能所以系统碰撞前后总动能相等 c 系统碰撞前后质量不变 例2为了探究物体碰撞时动量变化的规律 实验最好在气垫导轨上进行 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 用频闪摄像的方法每隔0 4秒的时间拍摄一次照片 每次拍摄时闪光的持续时间很短 可以忽略 如图6所示 已知a b之间的质量关系是mb 1 5ma 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 图6 1 a b两滑块碰撞前后的速度各为多少 答案见解析 解析 答案 解析分析题图可知 碰撞后 从发生碰撞到第二次拍摄照片时 a运动的时间是 由此可知 从第一张拍摄照片到发生碰撞的时间为t2 0 4 0 2 s 0 2s则碰撞前b物体的速度为由题意得va 0 2 根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后 两个滑块的总动量是否不变 答案见解析 解析碰撞前 mava mbvb 1 5ma碰撞后 mava mbvb 0 75ma 0 75ma 1 5ma 所以mava mbvb mava mbvb 即碰撞前后两个物体总动量不变 解析 答案 例3某同学运用以下实验器材 设计了一个碰撞实验来探究物体碰撞时动量变化的规律 打点计时器 低压交流电源 频率为50hz 纸带 表面光滑的长木板 带撞针的小车a 带橡皮泥的小车b 天平 该同学设计的实验步骤如下 a 用天平测出小车a的质量为ma 0 4kg 小车b的质量为mb 0 2kgb 更换纸带重复操作三次c 小车a靠近打点计时器放置 在车后固定纸带 把小车b放在长木板中间d 把长木板平放在桌面上 在一端固定打点计时器 连接电源e 接通电源 并给小车a一定的初速度va 1 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来 adceb 解析按照先安装 后实验 最后重复实验的顺序 该同学正确的实验步骤为adceb 解析 答案 2 打点计时器打下的纸带中 比较理想的一条如图7所示 根据这些数据完成下表 图7 解析 答案 答案见解析 解析小车在碰撞前后均为匀速直线运动 可由纸带上的点迹分布求出速度 碰撞后小车a b合为一体 求出ab整体的共同速度 注意打点计时器的频率为50hz 打点时间间隔为0 02s 通过计算得下表 3 根据以上数据可得碰撞前后动量守恒的表达式为 解析由表中数值可看出mv一行中数值相同 可猜想碰撞前后动量守恒的表达式为mava mbvb ma mb vab 解析 答案 mava mbvb ma mb vab 达标检测 1 在利用气垫导轨探究物体碰撞时动量变化的规律实验中 哪些因素可导致实验误差a 导轨安放不水平b 滑块上挡光片倾斜c 两滑块质量不相等d 两滑块碰后粘合在一起 1 2 答案 3 2 用如图8所示装置探究物体碰撞时动量变化的规律 气垫导轨水平放置 挡光板宽度为9 0mm 两滑块被弹簧 图中未画出 弹开后 左侧滑块通过左侧光电计时器 记录时间为0 040s 右侧滑块通过右侧光电计时器 记录时间为0 060s 左侧滑块的质量为100g 左侧滑块的动量m1v1 g m s 右侧滑块的质量为150g 两滑块的总动量m1v1 m2v2 g m s 取向左为速度的正方向 1 2 解析 答案 图8 22 5 0 3 解析左侧滑块的速度为 则左侧滑块的动量m1v1 100g 0 225m s 22 5g m s以向左为速度的正方向 则右侧滑块的速度为 0 15m s则右侧滑块的动量m2v2 150g 0 15m s 22 5g m s因m1v1与m2v2等大 反向 所以两滑块动量的矢量和m1v1 m2v2 0 1 2 3 3 某同学把两个大小不同的物体用细线连接 中间夹一被压缩的弹簧 如图9所示 将这一系统置于光滑的水平桌面上 烧断细线 观察两物体的运动情况 进行必要的测量 探究物体间相互作用时的总动量规律 1 该同学还必须有的器材是 1 2 解析 答案 图9 刻度尺 天平 3 解析物体离开桌面后做平抛运动 取左边物体的初速度方向为正方向 设两物体质量和平抛初速度分别为 m1 m2 v1 v2 平抛运动的水平位移分别为s1 s2 平抛运动的时间为t 需要验证的方程 0 m1v1 m2v2