实验探究碰撞中的不变量

第一节实验：探究碰撞中的不变量动量守恒定律问题1、总结图片中物体之间发生了什么样的相互作用？碰撞问题2、碰撞有没有规律呢？1666年惠更斯在英国的皇家学会上就演示了碰撞球现象。当时很多物理学家都在寻找碰撞中存在的规律。惠更斯就发现碰撞中有一个量不变的。究竟是什么量不变呢？演示实验：AB一、观察实验，提出猜想问题1、要研究一个物理规律，我们通常从最简单的情形开始。两物体在碰撞前后瞬间在同一直线上运动，叫做一维碰撞；两个摆球之间的碰撞是不是一维碰撞？AB摆球的碰撞发生在最底端，碰撞前后瞬间，物体的速度都在水平方向上。因此，它是一维碰撞。ABAB一、观察实验，提出猜想问题2、改变碰撞物体的速度，碰撞效果会不会变化？改变碰撞物体的质量，碰撞效果是否发生变化？AB1、将小球拉起的高度越高，碰撞前入射球的速度就越大，碰撞效果越明显。2、入射球的质量越大，碰撞效果越明显。碰撞效果与速度和质量有关。猜想１：猜想２：猜想３：一、观察实验，提出猜想问题3、碰撞中的规律直接体现在碰撞的效果上。既然质量和速度都能影响碰撞的效果，那么，碰撞中的不变量，必然既和质量有关，也和速度有关。猜一猜，碰撞前后系统的不变量可能是什么？其实就是质量和速度怎么组合的问题。二、设计方案，检验猜想问题1、如何保证碰撞是一维的？即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动。质量用天平来测量。速度测量的基本方法是转化为长度测量。问题2、物体的质量如何测量？如何测量和计算碰撞前后物体的速度？探究方案一：气垫导轨、光电门二、设计方案，检验猜想利用气垫导轨进行实验的几种情况。二、设计方案，检验猜想问题3、利用光电门如何测量速度？气垫导轨碰撞滑块光电门d测出滑块经过光电门的时间t，则滑块速度为探究方案二：摆球、量角器或传感器由于角度的测量有困难，适于定性研究。二、设计方案，检验猜想问题4、利用单摆如何测量速度？ABαABβ根据机械能守恒定律计算出碰撞前A球和碰撞后两球共同速度B球左侧贴有橡皮泥。探究方案三：打点计时器、小车二、设计方案，检验猜想橡皮泥x2x1问题5、如何利用打点计时器测量速度？探究方案四：斜槽、小球、平抛装置二、设计方案，检验猜想C白纸GO重锤线BA复写纸MN落点确定：斜槽末端切向水平防止碰撞中A球反弹：mA＞mBC白纸GPO重锤线A复写纸控制实验条件：多次测量求平均值。本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。摆球测出碰撞前后各球落点到O间的距离O、ON，各球空中运动时间均相同，设为t，可得速度为C白纸GO重锤线BA复写纸MNP二、设计方案，检验猜想问题6、如何利用平抛运动测量速度？碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度v1=v2=v'1=v'2=mvm1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2=mv2m1v12+m2v22=m1v'12+m2v'22=v/m三、实验探究，数据处理问题1、通过实验数据，找到碰撞前后的“不变量”。三、实验探究，数据处理实验探究表明，A、B两物体碰撞前后的不变量为：问题2、通过实验数据，找到碰撞前后的“不变量”。误差分析1．系统误差1碰撞是否为一维碰撞，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。2碰撞中其他力例如，摩擦力、空气阻力等的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。2．偶然误差测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。三、注意事项1．前提条件应保证碰撞的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．方案提醒1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。2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平面内。3．探究结论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。我们的收获是什么？猜想设计方案实验验证交流评估观察现象提出问题1、重点不是公式，而是体会在追寻碰撞中的守恒量所运用的科学研究方法。2、体会追寻守恒量的可行性碰撞中的守恒量解决问题探究过程四、归纳总结，不断探索守恒量质量动量角动量其它学科电荷能量四、归纳总结，不断探索1．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m1＝170g，右侧滑块质量m2＝110g，挡光片宽度为300cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。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Δt1＝032s，Δt2＝021s。则两滑块的速度分别为v1′＝__________m/s，v2′＝__________m/s。烧断细线前m1v1＋m2v2＝_____g·m/s，烧断细线后m1v1′＋m2v2′＝______________g·m/s。可得到的结论是_____________