邢台市第三中学高中物理导学案：第章第节实验：探究碰撞中的不变量

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第十六章动量守恒定律第1节实验：探究碰撞中的不变量【学习目标】1。探究碰撞中的不变量之间的关系。2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法。3.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式.【使用说明与学法指导】1．依据课标要求及学习目标，15分钟认真研读课本并完成预习案，20分钟完成探究案。2．将你预习中的疑问填在“我的疑问"，准备在课堂上组内讨论。【预习案】一、实验原理1.两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后____________运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2。实验的基本思路：寻求不变量在一维碰撞的情况下，令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′，如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致，取正值，反之则取负值.探究以下关系式是否成立：（1）m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；(2）m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2;(3)v1/m1+v2/m2=v1’/m1+v2’/m2二、需要考虑的问题及实验方案1。质量的测量：用________测量。2.速度的测量:方案1：利用气垫导轨结合光电门(1）所需测量量：滑块（挡光板）的宽度Δx，滑块(挡光板）经过光电门的时间Δt。（2）速度的计算：v＝________.（3)碰撞情景的实现图1如图1所示，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________________的方法改变碰撞物体的质量。（4）器材：气垫导轨、光电计时器、滑块（带挡光板、两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥.方案2:利用摆球结合机械能守恒定律图2(1)所需测量量：悬点至球心的距离l，摆球被拉起或碰后的角度θ.(2）速度的计算：v＝________。(3）碰撞情景的实现：如图2所示,用____________的方法增大两球碰撞时的能量损失.(4)器材：带细线的摆球(两套）、铁架台、量角器、坐标纸、胶布。方案3：利用“光滑”水平面结合打点计时器.（1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx，小车经过Δx所用的时间Δt。(2)速度的计算：v＝________.（3）碰撞情景的实现:如图3所示,A运动,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3（4)器材：长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、撞针、橡皮泥。三、实验步骤不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下:1.用天平测出相关质量。2。安装实验装置.3。使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量,计算相关速度，填入预先设计好的表格。4.改变碰撞条件，重复实验.5。通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量。6.整理器材，结束实验.四、数据处理将实验中测得的物理量填入下表，物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号。碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1′v2′mvm1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2mv2m1v12＋m2v22m1v1′2＋m2v2′2其他猜想……通过研究以上实验数据,找到碰撞前后的“不变量".五、注意事项1.保证两物体发生的是____________，即两个物体碰撞前后沿________________。2。若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时要注意利用水平仪确保导轨________.3.若利用摆球进行实验，两小球静放时________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.记录数据时,应规定正方向，若速度的方向与规定的正方向相同，则速度取______值，若与规定的正方向相反,则取______值。5.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.我的疑问探究案【探究案】探究一：利用气垫导轨结合光电门的测量例1某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量"的实验；气垫导轨装置如图4所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。图4（1)下面是实验的主要步骤:①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为:滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49。99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5mm,测得滑块1（包括撞针）的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200g;(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是:A.________________________________________________________________________；B.________________________________________________________________________.②碰撞前滑块1的速度v1为__________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________m/s;滑块2的速度v3为__________m/s;（结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内,通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由.（至少回答2个不变量)。a。________________________________________________________________________；b。________________________________________________________________________。探究二、利用摆球结合机械能守恒定律的探究图5例2某同学利用如图5所示的装置探究碰撞中的不变量。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为1∶2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触.向左上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放，结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30°。此实验能否成功地说明碰撞前后质量与速度的乘积是不变量?探究三、利用光滑水平面结合打点计时器的探究例3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，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰，并粘合成一体继续做匀速直线运动,他设计的装置如图6所示.在小车A后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50Hz，长木板的一端下面垫着小木片用以平衡摩擦力.图6(1）若已得到打点纸带如图7所示，测得各计数点间距离并标在图上,A为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A碰撞前的速度，应选______段来计算A和B碰撞后的共同速度。图7（2)已测得小车A的质量m1＝0。40kg,小车B的质量m2＝0.20kg，由以上的测量结果可得：碰撞前两车质量与速度乘积之和为______kg·m/s;碰撞后两车质量与速度乘积之和为______kg·m/s.(3）从实验数据的处理结果看，A、B碰撞过程中什么量不变？【训练案】1.（多选）在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，哪些因素可导致实验误差（)A。导轨安放不水平B.小车上挡光板倾斜C。两小车质量不相等D。两小车碰后粘合在一起2。用如图8所示装置探究碰撞中的不变量,气垫导轨水平放置，挡光板宽度为9。0mm，两滑块被弹簧(图中未画出)弹开后，左侧滑块通过左侧光电计时器，记录时间为0。040s，右侧滑块通过右侧光电计时器,记录时间为0.060s,左侧滑块质量为100g，左侧滑块的m1v1＝________g·m/s，右侧滑块质量为150g，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s.(取向右为速度的正方向)图83.用如图9所示装置探究碰撞中的不变量，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,质量为mB的钢球B放在小支柱N上,离地面高度为H，O点到A球球心距离为L，使悬线在A球静止释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆到最低点时恰好与B球正碰，碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处,B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D,保持α角度不变，多次重复上述实验,白纸上记录到多个B球的落地点.图9（1)图中s应是B球初始位置到________的水平距离.(2）实验中需要测量的物理量有哪些