高中物理选修3-5导学案导VIP

1、选彳3-5第十四章动量守恒定律16.2动量和动量定理【教学目标】1 .会结合已掌握的知识探索碰撞前后的不变量。2 .通过实验找到碰撞前后的不变量。重点：用实验的方法探究碰撞中的不变量。难点：用实验的方法探究碰撞中的不变量。【自主预习】1 .两个物体沿同一直线运动，仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。2 .在“探究碰撞中的不变量”的实验中，需要考虑的首要问题是,即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动。此外，还要考虑怎样测量物体的和怎样测量物体的。3 .关于实验数据的处理，应用的形式记录，填表时注意思考：如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向,应该怎样记录？4 .对

2、于每一种碰撞的情况(例如两个物体碰后分开或粘在一起的两种情况)，都要填写一个表格，然后根据表中的数据寻找碰撞前后的。5 .实验的基本思路1) 一"维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2)怎样找出不变量？(1)质量：质量是不变的，但质量与运动状态无关，不是要寻找的量。(2)mv：物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量，即是否有mw+m2v2=m2v'1+m2v'2?(3)mv2：物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量，即是否有m1v1+m2v2=m2v'1+m2v'2?(4)v：物体速度与其质量之

3、比的和是否为不变量，即是否有"+V2=y+v?mm1m2m1m2说明：碰撞是在物体之间进行的，碰撞前后物体的速度一般要发生变化，因此要找出碰撞中的不变量，应考虑到质量与速度的各种组合。6 .需要考虑的问题怎样才能保证碰撞是一维的？可以利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动，也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动，或使两物体重心连线与速度方向共线。怎样测量物体运动的速度？参考案例一：v=TX，式中Ax为滑块上挡光片的宽度，At为光电计时器显示的挡光片经过光电门的时间。参考案例v=42gl(1-cos9)，其中l为单摆摆长，。为小球被拉起或被撞小球摆起的角度。参考案例三：v=x,式

4、中x为小车匀速运动时纸带上各点之间的距离，t为通过x所用的时间。【典型例题】【例1】在如同实验中，下列说法正确的是()A.悬挂两球的细绳长度要适当，且等长B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度C.两小球必须都是钢性球，且质量相同D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动【例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的前端粘有B相碰并粘合成一体,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在小车 A后连着纸带，电磁打点继续做匀速直线运动。他设计的具体装置如图16-1-1所示。计时器电源频率为50Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得

5、到打点纸带如图1612所示，并测得各计数点间的距离标在图上，A为运动起点的第一点，则应选段来计算A碰撞前的速度，应选段来计算A和B碰后的共同速度。AaCD串耳事/P4*44R.4Qcm110.5()cm908om16.95cm图6-2(2)已测得小车A的质量mn=0.40kg，小车B的质量m=0.20kg,由以上测量结果可得:碰前mv1+mv2=kg-m/s。碰后mv1'+mv2'=kg-m/s。结论。【课后练习】1 .在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，用到的测量工具有()A.秒表、天平、刻度尺B.弹簧秤、秒表、天平C.天平、刻度尺D.秒表、刻度尺2 .在利用气垫导轨探究碰撞

6、中的不变量时，下列哪些因素可导致实验误差A.导轨安放不水平B.小车上挡光片倾斜C.两小车质量不相等D.两小车碰后连在一起3 .用如图11所示的装置进行以下实验：A.先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数内查出当地的重力加速度gB.用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边C.剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地点到重锤线的水平距离|-xi和滑块A沿桌面滑行的距离X2为探究碰撞中的不变量，写出还需测量的物理量及表示它们的字母：(2)若mv为不变量，需验证的关系式为:4 .在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量mi=170g,右侧滑块质量m2=1

7、10g,挡光片宽度为3.00cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图1-2所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为At1=0.32s,At2=0.21s。则两滑块的速度分别为v'=m/s,v2=m/so烧断细线前mw+m2v2=kgm/s,烧断细线后mv'+m2v'2=kgm/s。.可得到的结论是。/lHA/TA图1-25 .如图13甲所示，在水平光滑轨道上停着A、B两辆实验小车，A车上系有一穿过打点计时器的纸带，当A车获得水平向右的速度时，随即启动打点计时器，A车运动一段距离后，与静止的B车发生正碰并

8、连在一起运动，纸带记录下碰撞前A车和碰撞后两车的运动情况，如图13乙所示，打点计时器电源频率为50Hz,则碰撞前A车速度大小为m/s,碰撞后的共同速度大小为m/so如果已知碰撞过程中mv是不变量，则可求得mA:mB=。图1-3长椽"N " $7 " ¥八门“汽"洋辽安门，黄777777小卡片6 .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，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示.在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz,长

9、木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.(1)若已得到打点纸带如图所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，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(以上两格填"AB''或"BC”或"CD域"DET).(2)已测得小车A的质量m=0.40kg,小车B的质量n2=0.20kg,由以上测量结果可得：碰前nAVA+nBVB=kg-m/s；碰后nAVA+nBvB=kg-m/s.并比较碰撞刖后两个小车质重与速度的乘积之和是否相等.ABUDE卜8.40益十ICcm士9.08s+7 .如图所示，在实验室用两端带竖直挡板

10、C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B,做探究碰撞中不变量的实验：(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的祛码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B,在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态。CABp(2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个'hI记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与t广I1挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间前，B至D运动时间t2。(3)重复几次取ti,t2的平均值。请回答以下几个问题：在调整气垫导轨时应注意;应测量的数据还有;作用前A、B两滑块速度与质量乘积之和为,作用后A、B两滑块速度与质量乘积

11、之和为。例题答案：1 .答案ABD两绳等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确。由于计算碰撞前速度时用到了mgh=mv2/20,即初速度为0,B正确。本实验中对小球的性能无要求，C错误。两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确。2 【答案】(1)BCDE(2)0.4200.417(3)误差允许的范围内，碰前的质量与速度乘积之和等于碰后的质量与速度乘积之和，即碰撞过程中不变量为质量与速度乘积之和。【解析】(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，而AB段相同时间内间隔不一样，说明刚开始不稳定，因此BC段较准确描述小车A碰前的运动情况，应选用BC段计算A

12、碰前的速度，从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段小车运动稳定，故应选(2)小车A碰前速度V1 =DE段计算小车碰后 A和B的共同速度。BC15X50210.50X10-5X0.02m/sr.050m/s小车A碰前的质量与速度乘积为mivi=0.40X1.050kgm/s=0.420kgm/s碰后A、B共同速度v'=-DEr=6.95><10m/s=0.695m/s工5X0.025X50两车碰后的质量与速度乘积之和为(mi+m2)v'1=(0.40+0.20)X0.695kgm/s=0.417kgm/s课后练习答案1 .解析：用天平测滑块质量，用刻度

13、尺测挡光片的宽度。运动时间是指挡光片通过光电门的时间，由光电计时器计时，因此不需要秒表。答案：C2 .解析：导轨不水平，小车速度将受重力的影响，从而导致实验误差；挡光片倾斜会导致挡光片宽度不等于挡光阶段小车通过的位移，使计算速度出现误差。答案：A、B3 .解析：桌面离水平地面的高度h(2)M历瓦一mxi"J券=0(1)要找出碰撞中的不变量，应测出两滑块及各自的速度。取向右方向为正，剪断细线后，A向右做匀减速运动，初速度v，a=42ax2=、2vgxB向左做平抛运动，设桌面高度为h,则h=2gt2,Xi=v'Bt,得V,B=-Xi、性。故要求出v'B,还应测出ho.2h

14、(2)若mv为不变量，碰前MvA+mvB=0,碰后Mv'A+mv'b=0,故Mva+mvB=Mv'a+mvzb,即M也.gx-mxi"2h=。°)300x10-2d4 .解析：取向左方向为正，两滑块速度v'i=TTZm/s=0.094m/s,v'2=ti0.32&22-3.00X1020.21m/s 心0.143 m/s.烧断细线前m1v1+m2V2=0烧断细线后m1v'1+m2v'2=(0.170X0.0940.110X0.143)kgm/s=2.5X104kgm/s,在实验允许的误差范围内，m1v1+m2v

15、2=m1v'1+m2v'2。答案：0.0940.14302.5X104kgm/s在实验允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量5.解析：由纸带上点迹位置可知，前两段间隔均为1.20cm,最后两段间隔均为0.80cm,1.20X 10故小车均做匀速运动，碰前速度 v=0-02m/s= 0.60 m/s,碰后速度 v0.80X100.02m/s=0.40m/s。mAv=(mA+mB)v'，故mA：mB=2：1。答案：0.600.40mA：mB=2：16. (1)小车A碰前做匀速直线运动，打在纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选BC段；CD段上所

16、打的点由稀变密；可见在CD段A、B两小车相互碰撞.A、B撞后一起做匀速运动，所打出的点又应是间距均匀的.故应选DE段计算碰后速度.(2)碰前mAVA十mBVB=0.420kg-m/s.碰后mAVA/十mBVB'=(mA十mB)v=0.417kg-m/s.其中，VA=BC/At=1.05m/s。vA'=vB'=DE/At=0.695m/s.通过计算可以发现，在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mV之和是相等的答案(1)BCDE(2)04200417点评此题是根据1998年上海高考题改编的，原题为验证碰撞过程中动量守恒，这里结合所学内容将说法稍作变动此题的关键是选择纸带上的有效段，”理解