2015-2016学年16.1《实验：探究碰撞中的不变量》-课件

1、第十六章：动量守恒定律,第 1 节：实验：探究碰撞 中的不变量,1. 明确探究碰撞中的不变量的基本思路。 2. 掌握同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法。 3. 掌握实验数据的处理方法,打台球是同学们校外活动中非常喜欢的游戏，本节课首先通过视频打台球展示了各种花式台球的打法，令人眼花缭乱，很能吸引大家的眼球，引起大家的探究物体间碰撞规律的兴趣，导入新课。 本节课是一节实验探究课，目的是要学生掌握探究问题的基本思路，实验数据的处理方法。所以首先说明问题探究的必要性和探究的目的，鼓励学生根据实验目的提出探究的不同方案。根据实验方案明确实验过程中需要记录的数据，设计表格，记录数据。碰撞有各种不

2、同的方式，要达到一个共性的规律，各种碰撞都应该涉及。但斜碰又不好操作，所以本实验只研究了一维碰撞的各种情况：不同质量的物体间的碰撞；不同能量损耗的碰撞。使同学们有一个动量守恒定律普遍适用的印象。 实验数据的处理方法是实验的一个重要目的，所以最后设计了一个典例探究，考查、训练学生的处理数据的能力,台球的各种花式打法,碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象， 两个物体发生碰撞后，速度都发生变化。两个物体的 质量比例不同时，它们的速度变化也不一样。 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要 的意义，碰撞过程中的什么物理量保持不变(守恒),一、探究碰撞中的不变量,一维碰撞,碰撞前后两个物体都在同一

3、直线上运动,3. 各种碰撞情景的实现：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,方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞,2. 速度的测量：v x /t ，式中 x 为滑块(挡光片)的宽度， t 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间,1. 质量的测量：用天平测量,气垫导轨,方案二：摆球测速原理,如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失,方案三：打点计时器测

4、速原理,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（如下图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度,二、猜想碰撞中的不变量,两物体质量与速度的乘积之和，即 m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 是否成立,或者质量与速度平方乘积之和即 m1v12 + m2v22 = m1v12 + m2v22 是否成立,还是有其他的可能,或者 成立,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

5、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,实验器材,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. 进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量； 7. 整理器材，结束实验,实验步骤,1实验数据的处理,实验数据的处理和实验结论,为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格，然后探究不变量,实验记录及分析 a 1,实

6、验记录及分析 a 2,实验记录及分析 a 3,实验记录及分析 b,实验记录及分析 c,经过验证后可知，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，即 m1v1m2v2m1v1m2v2,2. 实验结论,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,注意事项,某实验小组选用水平

7、气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示,实验过程： (1) 调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作； (2) 在滑块 1 上装上挡光片并测出其长度 L； (3) 在滑块 2 的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)； (4) 用天平测出滑块 1 和滑块 2 的质量 m1、m2,5) 把滑块 1 和滑块 2 放在气垫导轨上，让滑块 2 处于静止状态 ( v2 0 )，用滑块 1 以初速度 v1 与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块 1 的挡光片碰前通过光电门的遮光时间 t1 和碰后通过光电门的遮光时间 t2； (6) 先根据 v L/t 计算滑块 1 碰撞前的速度 v1 及碰后两者的共同速度 v；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较大小,请完成以上表格,实验数据：m1 0.324 kgm2 0.181 kgL1.00103 m 速度单位：m/s,0.094,0,0.093,0.138,0.136,0,测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气