探究碰撞中不变量

生活中的各种碰撞现象第一页，共33页。第二页，共33页。微观粒子相互作用

第三页，共33页。思考与猜想1.这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物理规律？2.碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？第四页，共33页。第十六章动量守恒定律§1.实验：探究碰撞中的不变量第五页，共33页。教学目标（一）知识与技能1、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量方法．3、掌握实验数据处理的方法．（二）过程与方法1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。（三）情感、态度与价值观1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。第六页，共33页。3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。★教学重点碰撞中的不变量的探究★教学难点实验数据的处理．★教学方法教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等第七页，共33页。一、观察实验、提出问题思考：碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？可能存在什么样的数学关系式第八页，共33页。▲实验的基本思路1.一维碰撞两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动且方向与假定正方向同向为正，反向为负。思考与猜想与物体运动有关的物理量有哪些呢？碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？

质量与速度第九页，共33页。二、我们的猜想22112211vmvmvmvm¢+¢=+猜想１：猜想２：猜想３：第十页，共33页。保证一维碰撞

即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；且方向与假定正方向同向为正，反向为负如何测量物体的质量；（天平）怎样测量物体的速度?三、设计方案设计实验需要考虑的问题第十一页，共33页。测速原理1气垫导轨碰撞滑块光电门x实验案例方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量．(3)不同碰撞情况的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量．计时器光电门测出的滑块经过光电门的时间．第十二页，共33页。1.单摆测速：设摆绳长为L，测出摆角θ和β，机械能守恒可得速度为：橡皮泥θβ保证两绳等长测速原理2方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞2.不同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失第十三页，共33页。实验步骤用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥）固定打点计时器，连好电路。平衡摩擦力做实验改变质量，重做实验数据记录与处理：方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞．第十四页，共33页。橡皮泥测速原理3方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞．(1)质量的测量：用天平测量．第十五页，共33页。频闪照片测速：分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为⊿t，可得速度为vA=XA/⊿t测速原理4方案四：频闪照片第十六页，共33页。斜槽（末端水平）两小球复写纸白纸天平、刻度尺、重垂线方案五：利用平抛运动第十七页，共33页。hh斜槽末端切向水平平抛测速：测出碰撞前后各球落点到O间的距离XOP、XOM、XON，各球空中运动时间均相同，设为⊿t，可得速度为v=X水/⊿t为防止碰撞中A球反弹，有mA＞mB落点确定：测速原理5方案五：利用平抛运动仪器：小球、天平、刻度尺、重垂线、斜槽第十八页，共33页。注意：5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；3、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；4、为防止碰撞中A球反弹，有mA＞mB1、斜槽末端的切线要水平；2、每次实验从同一高度释放小球；OPMN方案五：利用平抛运动第十九页，共33页。平抛测速的其他方案需测球的直径测速原理5第二十页，共33页。四、进行实验收集数据实验装置应怎么组装？实验的程序,即实验步骤是什么？怎样进行实验数据的采集、分析与处理？怎样设计数据表格?对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。

第二十一页，共33页。操作过程不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(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；(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)、(4)；(6)整理器材，结束实验；(7)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量．第二十二页，共33页。注意事项(1)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，碰撞后仍沿同一直线运动．(2)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．

(3)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，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在各种碰撞情况下都不改变才符合要求．第二十三页，共33页。误差分析(1)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．

(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)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，避免碰撞时除相互作用力外的其他力影响物体速度．5．实验结论通过实验数据分析可得m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，即在碰撞过程中不变量为mv.第二十四页，共33页。

【例题】图16－1－1研究的是碰撞过程，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．图16－1－1第二十五页，共33页。

(1)除研究打点计时器打下的纸带外，还需要测量的量是____________________________________________________． (2)如果打点计时器的电源周期为T，碰撞前6个点之间的距离为s1，碰撞后6个点之间的距离为s2，则碰撞前A的速度为__________，碰撞后A、B的速度为__________． (3)本实验测速度的过程中引进的误差来源是_________________________________________________________________.第二十六页，共33页。

答案：见解析第二十七页，共33页。

1．(河源2012届高三质检)我们可以用带竖直挡板C、D的气垫导轨以及滑块A、B来做探究碰撞中的不变量的实验，实验装置如图16－1－2所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：图16－1－2第二十八页，共33页。a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b．调整气垫导轨，使导轨处于水平；c．在滑块A、滑块B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d．用刻度尺测出滑块A的左端至板C的距离L1.

e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1

和t2.第二十九页，共33页。(1)实验中还应测量的物理量是________________________________.滑块B的右端至D板的

(2)利用上述测量的实验数据，验证作用前后质量与速度乘

质量与速度的积在误差允许范围内相等，但大小并不完全相等，产生误差的原因_________________________．

距离L2阻力或气垫导轨不水平等积的表达式是_____________，由此公式算得的A、B两滑块的第三十页，共33页。

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的前端黏有橡皮泥，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．他设计的具体装置如图16－1－5所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．图16－1－5第三十一页，共33页。

(1)若已得到打点纸带如图16－1－6所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，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．(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)BCDE

图16－1－6 (2)已测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg，由以上测量结果可得：碰前mAvA＋mBvB＝____kg·m/s；碰后mAv