探究碰撞中的不变量

1、16.1探究碰撞中不变的量作课人：韩换霞课 型：新授课温故知新温故知新实验现象：小球总能回到等高位置实验现象：小球总能回到等高位置实验分析：小球好像实验分析：小球好像“记得记得”自己起始高度自己起始高度在物理学中，我们把这一事实说成是在物理学中，我们把这一事实说成是“有某一有某一量是守恒的量是守恒的”“能量能量”生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象思考与猜想思考与猜想1.这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物理规律？理规律？2.碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？实验的基本思路实验的基本思路1.一维碰撞一维碰撞两物体碰撞

2、前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动运动。思考与猜想思考与猜想与物体运动有关的物理量有哪些呢？与物体运动有关的物理量有哪些呢？质量与速度质量与速度222211222211vmvmvmvm22112211vmvmvmvm22112211vmvmvmvm猜想：猜想：猜想：猜想：猜想：猜想：实验案例 方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量质量的测量：用天平测量(3)不同碰撞情况的实现：利用弹簧片、细绳、弹性不同碰撞情况的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞

3、，利用滑块上加重物的撞针、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方法改变碰撞物体的质量碰撞物体的质量计时器计时器测出的滑块经过光电门的时间测出的滑块经过光电门的时间方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞2.不同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞时不同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失的能量损失实验实验步骤步骤 用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥）用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥） 固定打点计时器，连好电路。固定打点计时器，连好电路。 平衡摩擦力平衡摩擦力 做实验做实验 改变质量，重做实

4、验改变质量，重做实验 数据记录与处理：数据记录与处理：方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量质量的测量：用天平测量斜槽斜槽（末端水平）（末端水平）两小球两小球复写纸复写纸白纸白纸天平、刻度尺、重垂线天平、刻度尺、重垂线方案四：方案四：方案四：方案四：仪器：小球、天平、刻度尺、仪器：小球、天平、刻度尺、重垂线、斜槽重垂线、斜槽注意：注意：5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；、用

5、正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；3、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；高度；4、1、斜槽末端的切线要水平；、斜槽末端的切线要水平；2、每次实验从同一高度释放小球、每次实验从同一高度释放小球 ；OPMN方案四：方案四：四、进行实验四、进行实验 收集数据收集数据 u对比、探究、验证实验中，如何设计一个对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。直观、方便的表格也是成功的关键所在。 操操作过作过程程不论采用哪种方案，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

6、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)整理器材，结束实验；(7)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量注注意事项意事项(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误误差分析差分析(1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的

7、一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免碰撞时除相互作用力外的其他力影响物体速度5实验结论通过实验数据分析可得 m1v1m2v2m1v1m2v2，即在碰撞过程中不变量为 mv.【例题】图 1611 研究的是碰撞过程，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图 1611(1)除研究打点计时器打下的纸带外，还需要测量的量是_(2)如果打点计时器的电源周期为

8、T，碰撞前 6 个点之间的距离为 s1，碰撞后 6 个点之间的距离为 s2，则碰撞前 A 的速度为_，碰撞后 A、B 的速度为_(3)本实验测速度的过程中引进的误差来源是_.答案：见解析1(河源 2012 届高三质检)我们可以用带竖直挡板 C、D 的气垫导轨以及滑块 A、B 来做探究碰撞中的不变量的实验，实验装置如图 1612 所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：图 1612a用天平分别测出滑块 A、B 的质量 mA、mB；b调整气垫导轨，使导轨处于水平；c在滑块 A、滑块 B 间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d用刻度尺测出滑块 A 的左端至板 C

9、的距离 L1.e按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块 A、B 运动时间的计时器开始工作当滑块 A、B 分别碰撞挡板 C、D 时停止计时，记下滑块 A、B 分别到达挡板 C、D 的运动时间 t1 和 t2.(1)实验中还应测量的物理量是_.滑块 B 的右端至 D 板的(2)利用上述测量的实验数据，验证作用前后质量与速度乘 质量与速度的积在误差允许范围内相等，但大小并不完全相等，产生误差的原因_距离 L2阻力或气垫导轨不水平等积的表达式是_，由此公式算得的A、B两滑块的2某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车 A 的前端黏有橡皮泥，推动小车 A 使之做匀速直线运动，然后与原

10、来静止在前方的小车 B 相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动他设计的具体装置如图 1615 所示在小车 A 后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力图 1615(1)若已得到打点纸带如图 1616 所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A 为运动起始的第一点，则应选_段来计算 A 的碰前速度，应选_段来计算 A 和 B 碰后的共同速度(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)BCDE图 1616(2)已测得小车 A 的质量 mA0.40 kg，小车 B 的质量 mB0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前 mAvAmBvB_ kgm/s；碰后 mA