2019高中物理 第十六章 动量守恒定律 1 实验：探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修3-5

1、自 主 学 习 基 础 知 识 合 作 探 究 重 难 疑 点 课 时 作 业 1 实验：探究碰撞中的不变量 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 二、实验原理 1碰撞中的特殊情况一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍 沿这条直线运动 2追寻不变量 在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物 理量只有物体的质量和物体的速度，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.如果速度与规定 的正方向一致，则速度取正值，否则取负值 依据猜想与假设，通过实验探究寻找碰撞前 后的不变量，可能是下列的哪些关系？

2、(1)可能是质量与速度的乘积，即m1v1m2v2 m1v1m2v2. (2)可能是质量与速度的二次方的乘积，即 m1vm2vm1v12m2v22. 探究以上各关系式是否成立，关键是准确测 量碰撞前后的速度v1、v2、v1、v2.因此，利用气 垫导轨和与之配套的光电计时装置，可保证两物 体碰撞是一维碰撞，并可比较准确地测量出碰撞 前后的速度 3实验方案设计 方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰 撞 实验装置如图1611所示： (4)实验方法 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(图甲) 在两滑块相碰的端面上装上弹性

3、碰撞架(图 乙)，可以得到能量损失很小的碰撞 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(图丙)，这样可以得到能量损失很大的 碰撞 方案二：利用等长悬线悬挂等大小的小球实 现一维碰撞 实验装置如图1613所示： (1)质量的测量：用天平测量质量 (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； 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 (3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增 大两小球碰撞时的能量损失 方案三：利用小车在光滑长木板上碰撞另一 辆静止的小车实现一

4、维碰撞 实验装置如图1614所示： 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、细线、弹性碰撞架、胶布、 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、橡皮泥等 预习完成后，请把你认为难以解决的问题记 录在下面的表格中 问题问题1 问题问题2 问题问题3 问题问题4 一、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

5、重复上述3、4步骤 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 二、数据处理 为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得 的物理量填入表格. 碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后 质量质量m1m2m1m2 速度速度v1v2v1v2 mv m1v1m2v2 m1v1m2v2 mv2 m1vm2vm1v12m2v22 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之 和，即m1v1m2v2m1v1m2v2. 三、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

6、(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)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 四、误差分析 1碰撞前后不在一条直线上，会造成实验误 差气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维 性，其他两个方案都存在可能不是一维碰撞的问 题 2碰撞过程中受其他力的影响，会造成误 差气垫导轨存在这个问题，比如轨道未安装水 平，受到重力分力的影响；方案三的问题更严重， 水平桌面的摩擦是不可避免的 3速度的测量存在误差方案一比较好一些， 光电

7、计时器误差较小，另外两个方案误差稍大一 些 学生分组探究一实验原理与操作 (2015冀州高二检测)某同学利用打点计时 器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验， 气垫导轨装置如图1615甲所示，所用的气垫导 轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导 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，空气会从小孔 中喷出，使滑块稳定地浮在导轨上，这样就大大 减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 (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； 向气垫导轨空腔内通入压缩空气； 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

8、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； 把安装有橡皮泥的滑块2放在气垫导轨的中 间； 先 _， 然后 _， 让滑块带动纸带一起运动； 取下纸带，重复步骤，选出理想的 纸带如图乙所示； 测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮 泥)的质量为205 g. 请完善实验步骤的内容 (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算 可知两滑块相互作用前系统的质量和速度的乘积 为_kgm/s；两滑块相互作用后系统的质 量和速度的乘积为_kgm/s(保留三位有效 数字) 【答案】(1)

9、接通打点计时器的电源放开 滑块1 (2)0.6200.618 学生分组探究二实验数据的处理 某同学设计了一个用打点计时器“探究碰 撞中的不变量”的实验，在小车A的前端粘有橡皮 泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静 止的小车B相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图 1616所示在小车A的后面连着纸带，电磁打 点计时器的频率为50 Hz. (1)若已得到打点纸带如图1617所示，并测 得各计数点间的距离则应选图中_段 来计算A碰前的速度，应选_段来计算A和 B碰后的速度 (2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的 质量mB0.20 kg，则由以上结果可得碰前mAvA m BvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB _kgm/s. (3)从实验数据的处理结果来看，A、B碰撞的 过程中，可能哪个物理量是