16.1 实验：探究碰撞中的不变量 课件(人教版选修3-5)

1、第十六章 动量守恒定律 第一节 实验：探究碰撞中的不变量 人教版选修人教版选修3-5 教学目标：教学目标： 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、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测 量方法量方法 3、掌握实验数据处理的方法、掌握实验数据处理的方法 引入思路：引入思路：碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例， 从生产、生活中的现象（包括实验现象）中提出研究的问从生产、生活中的现象（包括实验现象）中提出研究的问 题题-碰撞前后是否有什么物理量保持不变？引导学

2、生从碰撞前后是否有什么物理量保持不变？引导学生从 现象出发去发现隐藏在现象背后的自然规律。现象出发去发现隐藏在现象背后的自然规律。 台球由于两球碰撞而改变运动状态台球由于两球碰撞而改变运动状态 （不同号的台球运动状态不同）（不同号的台球运动状态不同） 两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接 P2演示演示 A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B 球静止，拉起球静止，拉起A球，放开后球，放开后A与与B碰撞，观察碰碰撞，观察碰 撞前后两球运动的变化。换为质量相差较多的撞前后两球运动的变化。换为质量相差较多的 两个小球，重做以上实验两个小球，重做以上实验 通过演示实验的

3、结果看出，两物体碰后质量虽通过演示实验的结果看出，两物体碰后质量虽 然没有改变，但运动状态改变的程度与物体质然没有改变，但运动状态改变的程度与物体质 量的大小有关。让学生通过观察现象猜想碰撞量的大小有关。让学生通过观察现象猜想碰撞 前后可能的前后可能的“不变量不变量”。 1.1 一维碰撞 如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉 起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动 到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为 角如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球 摆角=，这说明A、B两球碰后交换了速度； 如果mAmB，碰后A、B两球一起向右摆动； 如果mAmB，碰后A球反弹、B球向右摆动 以上

4、现象可以说明什么问题？ 1、实验探究的基本思路、实验探究的基本思路 结论：结论：以上现象说明A、B两球碰撞后，速 度发生了变化，当A、B两球的质量关系发 生变化时，速度变化的情况也不同 P2P2课文，描述思路课文，描述思路 两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不 变量？变量？ m1 v1 + m2v2 = m1 v1 + m2 v2 ？ 或者或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是 不变量？不变量？ m1 v12 + m2v2 = m1 v12 + m2 v22 ？ 也许也许，两个物体

5、的速度与自己质量的比值之和在碰撞前，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前 后保持不变？后保持不变？ ？ 指明了探究的方向和实验的目的指明了探究的方向和实验的目的 2 2 1 1 2 2 1 1 m v m v m v m v 制定计划与设计实验：制定计划与设计实验：P4P4P5P5参考案例：给学生一定的参考案例：给学生一定的 设计空间设计空间 1.2 追寻不变量追寻不变量 2、实验条件的保证、实验数据的测量、实验条件的保证、实验数据的测量 2.1 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物 体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还 沿同一直线运动; 2.2 用天平测量物体的质量； 2.3 测量两个

6、物体在碰撞前后的速度 测量物体的速度可以有哪些方法？ 参考案例一参考案例一光电门测速原理光电门测速原理 如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板， 挡光板有一定的宽度，设为L气垫导轨上黄 色框架上安装有光控开关，并与计时装置相 连，构成光电计时装置当挡光板穿入时， 将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止 计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L 的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的 速度v=L/t 参考案例二参考案例二摆球测速原理摆球测速原理 实验装置如图所示。 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

7、 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。 参考案例三参考案例三打点计时器测速原理打点计时器测速原理 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（如上图）。 通过纸带测出它们碰撞前后的速度。 两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况 参考案例四参考案例四平抛测速原理平抛测速原理 实验装置如图所示。 把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压 缩了的轻弹簧将这一系统置于光滑的水平桌

8、面上， 烧断细线，观察物体的运动情况，通过测量桌高和 水平位移，可以算出抛出时的初速度。 3、实验方案一：、实验方案一： 3.1 用气垫导轨作碰撞实验（如图所示）用气垫导轨作碰撞实验（如图所示） 实验记录及分析（a-1） 实验记录及分析（a-2） 实验记录及分析（实验记录及分析（a-3） 实验记录及分析（b） 实验记录及分析实验记录及分析（c） 课堂小结课堂小结 1、基本思路（一维碰撞） 与物体运动有关的物理量可能有哪些？ 碰撞前后哪个物理量可能是不变的？ 2、需要考虑的问题 碰撞必须包括各种情况的碰撞； 物体质量的测量（天平）； 碰撞前后物体速度的测量（利用光电门或打点计时 器等）。 复习：

9、冲量？动量？区别及联系？复习：冲量？动量？区别及联系？ Ft=mv2-mv1 I=Ftp=mv 过程量过程量状态量状态量 矢量矢量 I=p 矢量式矢量式 一、动量定理一、动量定理 1 1、定理内容：物体所受合外力的、定理内容：物体所受合外力的 冲量等于它动量的变化的表达式：冲量等于它动量的变化的表达式： Ft=mvFt=mv2 2-mv-mv1 1 解释实际现象：解释实际现象： 1、玻璃杯掉在地上玻璃杯掉在地上 2、易碎品易碎品 3、体育运动缓冲体育运动缓冲 4、钉钉子钉钉子 5、锻钢锻钢 6、瓦碎蛋全瓦碎蛋全 7、鸟撞飞机鸟撞飞机 应用动量定理解题的步骤：应用动量定理解题的步骤： （1 1）

10、选取研究对象，并找到它的初末动量；）选取研究对象，并找到它的初末动量； （2 2）分析研究过程中物体的受力情况；）分析研究过程中物体的受力情况； （3 3）规定正方向，根据动量定理列式；）规定正方向，根据动量定理列式； 当直接计算动量改变量困难时，当直接计算动量改变量困难时， 不善于将问题转换成求合外力的不善于将问题转换成求合外力的 冲量冲量 知识缺陷提示知识缺陷提示 曲线运动中动量的变化和冲量曲线运动中动量的变化和冲量 例例1、质量为质量为m 的物体作平抛运动，求抛出后的物体作平抛运动，求抛出后 第第2个个t 秒内物体动量的变化。秒内物体动量的变化。 分析：由动量定理，分析：由动量定理， p

11、 = I合 合= mg t ，方向竖直向下。 ，方向竖直向下。 已知物体所已知物体所 受的冲量，求受的冲量，求 动量的变化。动量的变化。 例例2、质量为质量为m 的小球用长为的小球用长为L 的细线挂在的细线挂在O 点，将小球向右拉开，使细线与竖直方向成点，将小球向右拉开，使细线与竖直方向成角后角后 无初速释放，已知小球运动到最低点所需的时间为无初速释放，已知小球运动到最低点所需的时间为 t t，求这个过程中重力和合力的冲量。，求这个过程中重力和合力的冲量。 h L 分析：分析： IG= mg t ，方向竖直向下；，方向竖直向下； 由动量定理，由动量定理， I合 合=p = mv - - 0 由机械能守恒可得：由机械能守恒可得：v = 2gL(1 - - cos )1/ /2 v 方向水平向左。方向水平向左。 则则 I合 合= m 2gL(1 - - cos )1/ /2， 已知物体所已知物体所 受的动量的变受的动量的变 化，求冲量。化，求冲量。 动能和动量、动能定理和动量定理的区别动能和动量、动能定理和动量定理的区别 例例3、质量为质量为m 的小球以水平向右、大小为的小球以水平向右、大小为 v1的初速度与竖直墙壁碰撞后，以大小为的初速度与竖直墙壁碰撞后，以大小为v2、水、水 平向左的速度反弹，求此过程中墙壁对小球的功平向左的速度反弹，求此过程中墙壁对