中学高中物理选修35学案（无答案）：16.1 探究碰撞中的不变量

1、.§16.1 探究碰撞中的不变量【学习目的】 1明确探究不变量的根本思路，知道一维碰撞。2知道碰撞前后相关的物理量，会猜测碰撞前后可能保持不变的物理量。3掌握一维碰撞运动的两个物体碰撞前后的速度测量方法。4会设计实验方案，安排操作步骤。5能完成实验的根本操作，掌握实验数据处理的方法。【学习重点】1.猜测两个物体碰撞前、后保持不变的物理量的可能表达式。2.如何合理测量物块碰撞前后的速度。3.实验数据的处理。【学习难点】 1.如何可以使学生顺理成章的猜测两个物体碰撞前、后保持不变的物理量的表达式。2.设计测量碰撞前、后物块速度的实验方案。【学习过程】碰撞是日常生活、消费活动中常见的现象，

2、两个物体发生碰撞后，速度都发生变化1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。2微观粒子之间由于互相碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子3互动演示“牛顿摆：分别拉起一个，两个，三个，四个小球，放开后让其互相碰撞。物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变守恒一、实验的根本思路1一维碰撞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这种碰撞叫做一维碰撞碰撞演示如下图，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

3、球静止，B球摆角=，这说明A、B两球碰后交换了速度；假如mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动； 假如mA<mB，碰后A球反弹、B球向右摆动小组讨论以上现象可以说明什么问题？2追寻不变量在一维碰撞的情况下与物体运动有关的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，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、规定某一速度方向为正碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：123小组讨论1与物体运动有关的物理量可能有哪些？与物体运动有关的物理量可能有哪些？2碰撞前后哪个物理量可能是不变的？二、需要考虑的问题小组讨论完成这一实验探究，需要有什么实

4、验条件的证？实验数据如何测量？1条件的保证: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数据的测量:1用_测量物体的质量；2测量两个物体在碰撞前后的速度可以有哪些方法？三、参考实验方案方案一：光电门测速原理如下图，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，将光挡住开场计时，穿过后不再挡光那么停顿计时。设记录的时间为t，那么滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=_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

5、，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的_方案二：摆球测速原理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。算出碰撞后对应小球的速度：。尽量减少被测对象，可利用该方案研究做碰撞后粘在一起的情况。方案三：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_和_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,x是纸带上两_间的间隔 ，可用_测量t为小车经过x所用的时间，

6、可由打点间隔算出注意：在实验室条件下为保证匀速直线运动，需平衡摩擦力。总结归纳不管采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，进展数据处理，给出结论。 1实验步骤1用天平测相关质量2安装实验装置3使物体发生碰撞4测量或读出相关物理量，计算有关速度，记入表中见下表5改变碰撞条件，重复步骤3、4.6整理器材，完毕实验2数据处理1将上述记录的数据进展数据处理，填入表格，通过分析比较找出碰撞中的守恒量.实验情景探究量质量速度mvmv2碰撞前m1v1m1v1m2v2m1vm2vm2v2碰撞后m1v1m1v1m2v2m1v12m2v22m2v22实验结论：在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是_的乘积，

7、即m1v1m2v2m1v1m2v2.3本卷须知1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2保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前后沿_运动3假设利用气垫导轨进展实验，调整气垫导轨时，注意利用程度仪确保导轨程度4假设利用摆球进展实验，两小球静放时_应在同一程度线上，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误差分析1碰撞是否为_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2碰撞中是否受其他力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，防止除碰撞时互相作用力外的其他力影响物体的速度3测量摆角、滑块宽度、计数点

8、间距时的误差，特别是测摆角带来的误差最大【当堂反响】 1试写出以下物理过程中的不变量：1一物体做自由落体；2一个物体在竖直方向做匀速直线运动；3一物体沿光滑曲面自由下滑。2在?探究碰撞中的不变量?实验中，某同学采用如下图的装置进展实验把两个小球用等长的细线悬挂于同一点，让B球静止，拉起A球，由静止释放后使它们相碰，碰后粘在一起实验过程中除了要测量A球被拉起的角度，及它们碰后摆起的最大角度之外，还需测量写出物理量的名称和符号才能验证碰撞中的动量守恒用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式是_。【课后稳固】1关于两个物体间的一维碰撞，以下说法正确的选项是 A碰撞前后，两物体的速度方向在同一直线上B

9、碰撞前，两物体的速度方向互相垂直C碰撞后，两物体的速度方向互相垂直D碰撞前后，两物体组成的系统的总动能不变2物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，两个物体在光滑的程度面上发生一维碰撞，为了探究碰撞中的不变量，需测量的物理量是 A两物体的质量B两物体碰撞前的速度C两物体碰撞后的速度D两物体碰撞前发生的位移3在气垫导轨上进展“探究碰撞中的不变量实验时，应做到 A气垫导轨程度放置B光电门计时器要归零C检查遮光条的高度，看它能否顺利通过光电门计时器D气垫导轨右端适当垫高些4在用两摆球的碰撞做“探究碰撞中的不变量实验中，以下说法正确的选项是 A悬挂两球的细线长度要适当，且等长B由静止释放小球

10、以便较准确地计算小球碰撞前的速度C两小球必须都是小钢球且质量相等D两小球碰撞后可粘在一起共同运动5假设用打点计时器做“探究碰撞中的不变量实验，以下操作中正确的选项是 A互相作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量B互相作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起C先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车光电门1光电门2ABD先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源6.如下图，在气垫导轨上有两个滑块质量分别为m1和m2，滑块上安装一样的遮光条。为探究碰撞过程中的不变量，让滑块A碰撞静止的B。碰前光电门1遮光时间为t1，碰后光电门1的遮光时间为t2，光电门2的遮光时间为t3，那么碰撞前后动量守恒的表达式为_。7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相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的详细装置如下图，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1假设已得到打点纸带如下图，并测得各