人教版选修35 第16章 第1节 实验：探究碰撞中的不变量 课件（41张） (1).ppt

第十六章 动量守恒定律 情景切入 碰撞是自然界物体间发生作用的一种常见的方式 天体间的碰撞惊心动魄 微观粒子间的碰撞又悄无声息 竞技赛场上的碰撞更是扣人心弦 高速喷出的流体也能对物体施加作用 火箭之所以能进入太空就是高速气体持续作用的结果 那么 物体间碰撞时遵循什么规律呢 知识导航 本章主要学习动量的概念 以及动量定理和动量守恒定律 这一章是牛顿力学的进一步延伸 本章从知识结构上可分为两个单元 第1节 第2节 第3节为第一单元 这部分内容侧重动量概念的引入 以及动量守恒定律的建立 第4节 第5节为第二单元 这部分内容主要是围绕动量守恒定律的应用展开的 本章的重点是动量守恒定律的探究 理解和应用 学会用动量观点解决碰撞 反冲等问题的思想和方法 难点是应用动量定理和动量守恒定律处理打击 碰撞 反冲等实际问题 学法指导 1 在学习本章内容前 应注意复习运动学和动力学的有关知识 回顾利用牛顿运动定律和利用能量观点解决问题的重要思路和方法 学习中应注意探究过程 突出过程与方法的学习 2 要结合实例理解动量 冲量 动量变化量的概念 通过做适量练习题巩固概念的内涵 感知概念的外延 这样才能真正掌握这些概念 3 冲量 动量是矢量 动量定理和动量守恒定律表达式也是矢量式 它们的运算遵从平行四边形定则 在高中阶段我们一般研究在同一直线上的相互作用 这样的矢量运算是同一直线上的矢量运算 只要在运算前先规定一个正方向 就可以把矢量运算转化为代数运算 第一节实验 探究碰撞中的不变量 课前预习 1 一维碰撞两个物体碰撞前沿 运动 碰撞后 运动 这种碰撞叫做一维碰撞 2 探寻守恒量在一维碰撞的前提下 设两个物体的质量分别为m1 m2 碰撞前它们的速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v 1 v 2 实验的基本思路 同一直线 仍沿这条直线 m1v1 m2v2 m1v1 2 m2v2 2 方案一 用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如下图所示 实验方案设计 宽度 光电门 方案二 利用等长悬绳挂等大的小球实现一维碰撞实验装置如下图所示 把两个小球用线悬起来 一个小球静止 拉起另一个小球 放开后它们相碰 单摆摆长 方案三 利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞实验装置如下图所示 小车匀速 课内探究 一 实验过程1 实验器材方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 弹簧片 细线 弹性碰撞架 胶片 撞针 橡皮泥等 方案二 带细线的摆球 两个 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶片等 方案三 光滑长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥等 2 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 用天平测量相关的质量 2 安装实验装置 3 使物体发生碰撞 4 测量或读出有关数据 计算出物体的速度 5 改变碰撞条件重复上述3 4步 6 进行数据处理通过分析对比 找出碰撞中的不变量 7 整理实验器材 3 数据处理 1 将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中 2 结论在实验误差允许的范围内 碰撞前 后不变的量是物体的质量m与速度v的乘积之和 即m1v1 m2v2 二 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 m1v1 m2v2 三 注意事项1 前提条件应保证碰撞的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 方案提醒 1 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 2 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平面内 3 探究结论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 考点一实验步骤与数据处理 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 2 打点计时器打下的纸带中 比较理想的一条如上图所示 根据这些数据完成下表 3 根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为 解题指导 注意碰撞前后小车均做匀速运动 碰撞前后的速度可利用纸带上点迹分布均匀的部分计算 解析 1 按照先安装 后实验 最后重复的顺序 该同学正确的实验步骤为adceb 2 碰撞前后均为匀速直线运动 由纸带上的点迹分布求出速度 碰后小车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 mava mbvb ma mb v 3 由表中数值可看出mv一行中数值相同 可猜想碰撞前后不变量的表达式为mava mbvb ma mb v 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 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧 将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端 调节打点计时器的高度 直至滑块拖着纸带移动时 纸带始终在水平方向 使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳 把滑块2放在气垫导轨的中间 先 然后 让滑块带动纸带一起运动 接通打点计时器的电源 放开滑块1 取下纸带 重复步骤 选出理想的纸带如图 b 所示 测得滑块1的质量310g 滑块2 包括橡皮泥 的质量为205g 试完善实验步骤 的内容 2 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 计算可知两滑块相互作用以前系统的总mv为 两滑块相互作用以后系统的总mv 为 kg m s 保留三位有效数字 3 试说明 2 中两结果不完全相等的主要原因是 0 620kg m s 0 618 纸带与打点计时器限位孔有摩擦 考点二实验创新设计 1 在该实验中 应选用的器材是下列器材中的 a 天平b 游标卡尺c 刻度尺d 大小相同的钢球两个e 大小相同的钢球和硬橡胶球各一个 2 在此实验中 球1的质量为m1 球2的质量为m2 需满足m1 m2 选填 大于 小于 或 等于 acd 大于 解题指导 该题中利用平抛运动的规律 巧妙的提供了一种测量碰撞前后的速度的方法 既方便又实用 解析 1 在小球碰撞过程中水平方向应有质量与速度的乘积守恒 故有 m1v0 m1v1 m2v2 可知 需要使用天平测量小球的质量 使用刻度尺测量小球在水平方向的位移 所以需要选择的器材有a c d 2 要验证小球在碰撞过程中水平方向的mv守恒 即m1v0 m1v1 m2v2所以 要保证碰后入射小球的速度v1 0 即要使入射小球m1的质量大于被碰小球m2的质量 故有 m1 m2 1 先测出滑块a b的质量m m及滑块与桌面的动