第16章第一节第一节 实验：探究碰撞中的不变量

1、山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练第一节实验：探究碰撞中的不变量第一节实验：探究碰撞中的不变量山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第一节第一节山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律

2、课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练课前自主学案课前自主学案一、实验目的一、实验目的1明确探究碰撞中的不变量的基本思路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探究一维碰撞中的不变量山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化

3、训训练练(3)各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、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型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量物体的质量方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞碰撞(1)质量的测量：用天平测量质量的测量：用天平测量(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应

4、小球的速小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度度山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练2追寻不变量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，设两个物体的质只有物体的质量和物体的速度，设两个物体的质量分别为

5、量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为碰撞后的速度分别为v1、v2.如果速度与规定的如果速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值正方向一致，则速度取正值，否则取负值依据猜想与假设，依次研究以下关系是否成立：依据猜想与假设，依次研究以下关系是否成立：山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点

6、点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练三、实验器材三、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块块(两个两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥撞针、橡皮泥方案二：带细线的摆球方案二：带细线的摆球(两套两套)、铁架台、天平、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等量角器、坐标纸、胶布等方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车车(两个两个)、天平、撞针、橡皮泥、天平、撞针、橡皮泥山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守

7、恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练四、实验步骤四、实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：案合理安排，参考步骤如下：1用天平测相关质量用天平测相关质量2安装实验装置安装实验装置3使物体发生碰撞使物体发生碰撞4测量或读出相关物理量，计算有关速度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，找出碰撞进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量中的守恒量7整理器材，结束实验整理器材，结束实验

8、山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练核心要点突破核心要点突破一、实验数据的处理和实验结论一、实验数据的处理和实验结论1实验数据的处理实验数据的处理为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物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，然后探究不变量理量填入如下表格，然后探究不变量.山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化

9、训训练练山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练从表中所列的三个关系中，找出碰撞前和碰撞从表中所列的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后守恒的量后守恒的量.2.实验结论实验结论经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞经过验证后可知，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，即前后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即m1v1m2v2m1v1m2v2.山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学

10、案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练二、误差分析二、误差分析1碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞因，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碰撞中是否受其他力(例如摩擦力例如摩擦力)影响是产影响是产生误差的又一个原因，实验中要合理控制实验生误差的又一个原因，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条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度响物体速度山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前

11、自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练三、注意事项三、注意事项1保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物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，碰撞后仍沿同一直体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动线运动2若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨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，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

12、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，才符合要求在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练课堂互动讲练课堂互动讲练用气垫导轨探究不变量用气垫导轨探究不变量 (2011年盐城高二检测年盐城高二检测)某实验小组选用某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量实验仪器如图中的不变

13、量实验仪器如图1611所示所示图图1611山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练实验过程：实验过程：(1)调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作常工作(2)在滑块在滑块1上装上挡光片并测出其长度上装上挡光片并测出其长度L.(3)在滑块在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶或双面胶纸纸)(4)用天平测出滑块用天平测出滑块1和滑块和滑块2的质量的质量m1、m2.山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公

14、司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练(5)把滑块把滑块1和滑块和滑块2放在气垫导轨上，让滑块放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态处于静止状态(v20)，用滑块，用滑块1以初速度以初速度v1与与之碰撞之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间这时光电计时器系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片的挡光片碰前通过光电门的遮光时间碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电和碰后通过光电门的遮光时间门的遮光时间t2.(6)先根据先根据vL/t计算滑块计算滑

15、块1碰撞前的速度碰撞前的速度v1及及碰后两者的共同速度碰后两者的共同速度v；再计算两滑块碰撞前；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较大小后质量与速度的乘积，并比较大小实验数据：实验数据：m10.324 kgm20.181 kgL1.00103 m山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练次次数数滑块滑块1滑块滑块2碰前质量碰前质量速度速度kgms1碰后质量碰后质量速度速度kgms1v1/ ms1v/ ms1v2/ ms1v/ ms1m1v1m2v2(m1

16、m2)v10.290 0.18400.18420.426 0.26900.269碰前、碰后质量碰前、碰后质量速度大小并不完全相等，产生速度大小并不完全相等，产生误差的原因是：误差的原因是：山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练【精讲精析精讲精析】次次数数滑块滑块1滑块滑块2碰前质量碰前质量速度速度kgms1碰后质量碰后质量速度速度kgms1v1/ ms1v/ ms1v2/ ms1v/ ms1m1v1m2v2(m1m2)v10.2900.18400.184 0

17、.09400.09320.4260.26900.269 0.13800.136测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等造成误差等造成误差【答案答案】见精讲精析见精讲精析山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练某同学设计了一个用打点计时器做某同学设计了一个用打点计时器做“探究探究碰撞中的不变量碰撞中的不变量”的实验：在小车的实验：在小车A的前端粘有的前端粘有橡皮泥，推动小车橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动

18、，然后与原使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续相碰并粘合成一体，继续做匀速运动他设计的具体装置如图做匀速运动他设计的具体装置如图1612所示，在小车所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力摩擦力用斜面小车探究不变量用斜面小车探究不变量山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练图图1612山东水浒书业

19、有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练(1)若已得到打点纸带如图若已得到打点纸带如图1613所示，并所示，并测得各计数点间距测得各计数点间距(已标在图上已标在图上)，则应选，则应选_段来计算段来计算A的碰前速度应选的碰前速度应选_段来计算段来计算A和和B碰后的共同速度碰后的共同速度(填填“AB”、“BC”、“CD”或或“DE”)图图1613山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课

20、堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练(2)已测得小车已测得小车A的质量的质量m10.40 kg，小车，小车B的的质量质量m20.20 kg.由以上测量结果可得：由以上测量结果可得：碰前碰前mAv0_kgm/s；碰后碰后(mAmB)v共共_kgm/s.由此得出结论由此得出结论_【思路点拨思路点拨】小车拖着通过打点计时器的纸小车拖着通过打点计时器的纸带，纸带上的点迹记录了两个小车碰撞前后的带，纸带上的点迹记录了两个小车碰撞前后的情况，要根据实际碰撞的状况来判断纸带上哪情况，要根据实际碰撞的状况来判断纸带上哪一段是碰前的，哪一段是碰后的一段是碰前的，哪一段是碰后的山东水浒书业有限公司山东水浒

21、书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练【精讲精析精讲精析】(1)从分析纸带上打点情况看，从分析纸带上打点情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此大速度，因此BC段能较准确地描述小车段能较准确地描述小车A在碰在碰撞前的运动情况，应选撞前的运动情况，应选BC段计算段计算A的碰前速度，的碰前速度，从从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在而在DE段内小车运动稳定，故应选段内小车运动稳定，

22、故应选DE段计算碰段计算碰后后A和和B的共同速度的共同速度山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练小车小车A、B碰撞后：碰撞后：(mAmB)v共共(0.200.40) 0.695 kgm/s0.417 kgm/s.所以在误差许可的范围内可证明碰撞中所以在误差许可的范围内可证明碰撞中mv的

23、的矢量和是守恒的量矢量和是守恒的量【答案答案】见精讲精析见精讲精析山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练某同学用如图某同学用如图1614甲所示装置通过半甲所示装置通过半径相同的径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，图中不变量，图中PQ是斜槽，是斜槽，QR为水平槽，实验时为水平槽，实验时先使先使A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕下，落到位于水平地

24、面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作迹重复上述操作10次，得到次，得到10个落点痕迹，个落点痕迹，再把再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置球仍从位置G由静止开始滚下，和由静止开始滚下，和B球碰撞后，球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作重复这种操作10次次用斜槽轨道探究不变量用斜槽轨道探究不变量山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练图中图中O点是水平槽末端点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投在记录纸上的垂直投影点，影点，B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺所在的平面，米尺的零点与的零点与O点对齐点对齐图图1614山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 第第16章章 动量守恒定律动量守恒定律课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练(1)碰撞后碰撞后B球的水平射程应取为球的水平射程应取为_ cm.(2)在以下选项中，本次实验必须进行的测量是在以下选项中，本次实验必须