人教版选修35 实验：探究碰撞中的不变量 课件（29张）.pptx

2 1实验 探究碰撞中的不变量 一 实验目的1 领会探究碰撞中不变量的基本思路 2 探究一维碰撞中的不变量 二 实验原理1 实验猜想 2 实验方案 方案 一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 方案 二 利用等长悬线悬挂等大的小球完成一维碰撞实验 方案 三 在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 方案 四 利用等大的小球做平抛运动完成一维碰撞实验 四方案相同点 用天平测物体的质量 三 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 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥等 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 交流电源 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 刻度尺等 方案 四 斜槽 两个大小相等 质量不同的小球 重垂线 复写纸 白纸 天平 刻度尺 圆规 三角板等 四 实验过程1 实验设计 方案 一 利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞 装置如图1 图1 如图2所示 用细线将弹簧片拉成弓形 放在两个滑块之间 并使它们静止 然后烧断细线 两滑块随即向相反方向运动 探究烧断细线前后不变的量 图2 如图3所示 在滑块两端装上弹簧 使两滑块相互碰撞 探究碰撞前后不变的量 如图4所示 在两滑块上分别装上撞针和橡皮泥 二者相碰撞后粘在一起 探究碰撞前后不变的量 图3 图4 4 将实验中测得的物理量填入如下表格 m1 m2 代入m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 矢量式 看在误差允许的范围内是否成立 方案 二 利用等长悬线悬挂的半径相等的小球做实验 为了保证发生一维碰撞 最好选用钢杆悬挂的小球或选用双线摆 事先测量两个小球的质量m1 m2 然后一个小球静止 拉起另一个小球使它摆动到最低点时与静止小球相碰 由小球被拉起和摆动的角度来借助机械能守恒定律算出小球碰前速度v1和碰后速度v1 v2 代入m1v1 m1v1 m2v2 矢量式 看在误差允许的范围内是否成立 图5 方案 三 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车 事先用天平测量小车a b的质量m1 m2 小车a连接纸带通过打点计时器 小车b静止 两车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 两车撞后连成一体 通过纸带测出它们碰撞前后的速度v1和v 然后代入m1v1 m1 m2 v 看在误差允许的范围内是否成立 图6 方案 四 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 图7 1 用天平测出两小球的质量 并选定质量大的小球为入射小球 2 按照如图7所示安装实验装置 调整固定斜槽使斜槽末端切线水平 3 白纸在下 复写纸在上且在适当位置铺放好 记下重垂线所指的位置o 4 不放被撞小球 让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下 重复10次 用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面 圆心p就是小球落点的平均位置 5 把被撞小球放在斜槽末端 让入射小球从斜槽同一高度自由滚下 使它们发生碰撞 重复实验10次 用步骤 4 的方法 标出碰后入射小球落点的平均位置m和被撞小球落点的平均位置n 如图8所示 6 连接on 测量线段op om on的长度 将测量数据填入自制的表中 计算m1op及m1om m2on 看在误差允许的范围内是否相等 图8 2 数据处理 1 计算表格中所涉及的各项的对应数据 2 比较各类碰撞前后的数据结果 3 结论 在误差允许的范围内 碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积之和 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 五 误差分析1 系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求 即 1 碰撞是否为一维碰撞 2 实验中是否合理控制实验条件 如气垫导轨是否水平 两球是否等大 长木板实验是否平衡摩擦力 2 偶然误差 主要来源于对质量m和速度v的测量 六 注意事项1 前提条件 碰撞的两物体应保证 水平 和 正碰 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平面内 3 若利用长木板进行实验 可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力 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 实验步骤与数据处理 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 精典示例 例1 某同学运用以下实验器材 设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量 电磁打点计时器 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 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 2 打点计时器打下的纸带中 比较理想的一条如图9所示 根据这些数据完成表格 图9 3 根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为 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 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 答案 1 adceb 2 见解析 3 mava mbvb ma mb v 创新实验设计 精典示例 例2 两位同学用如图10甲所示装置 通过半径相同的a b两球的碰撞来 探究碰撞中的不变量 图10 1 实验中必须满足的条件是 a 斜槽轨道尽量光滑以减小误差b 斜槽轨道末端的切线必须水平c 入射球a每次必须从轨道的同一位置由静止滚下d 两球的质量必须相等 2 测量所得入射球a的质量为ma 被碰撞小球b的质量为mb 图甲中o点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影 实验时 先让入射球a从斜轨上的起始位置由静止释放 找到其平均落点的位置p 测得平抛射程为op 再将入射球a从斜轨上起始位置由静止释放 与小球b相撞 分别找到球a和球b相撞后的平均落点m n 测得平抛射程分别为om和on 根据课堂探究的不变量 本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为 3 乙同学也用上述两球进行实验 但将实验装置进行了改装 如图乙所示 将白纸 复写纸固定在竖直放置的木条上 用来记录实验中球a 球b与木条的撞击点 实验时 首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触 让入射球a从斜轨上起始位置由静止释放 撞击点为b 然后将木条平移到图中所示位置 入射球a从斜轨上起始位置由静止释放 确定其撞击点p 再将入射球a从斜轨上起始位置由静止释放 与球b相撞 确定球a和球b相撞后的撞击点分别为m 和n 测得b 与n p m 各点的高度差分别为h1 h2 h3 乙同学实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为 解析 1 选b c 本实验中 是通过平抛运动的基本规律求解