高中物理第十六章动量守恒定律16.1实验：探究碰撞中的不变量课件新人教版选修

第十六章动量守恒定律

第1节实验：探究碰撞中的不变量教学目标：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．引入思路：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）中提出研究的问题----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。

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）

两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接

P2演示A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰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量的大小有关。让学生通过观察现象猜想碰撞前后可能的“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β角．如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；如果mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动；如果mA<mB，碰后A球反弹、B球向右摆动．以上现象可以说明什么问题？1、实验探究的基本思路结论：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．P2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变量？m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’

？或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？m1v12

+m2v2=m1v1’2+m2v2’2

？也许，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？？

……指明了探究的方向和实验的目的制定计划与设计实验：P4～P5参考案例：给学生一定的设计空间1.2追寻不变量2、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――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――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――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

参考案例四――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：

3.1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（a-3）实验记录及分析（b）实验记录及分析—（c）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：冲量？动量？区别及联系？Ft=mv2-mv1I=Ftp=mv过程量状态量矢量I=Δp矢量式一、动量定理

1、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：Ft=mv2-mv1解释实际现象：1、玻璃杯掉在地上2、易碎品3、体育运动缓冲4、钉钉子5、锻钢6、瓦碎蛋全7、鸟撞飞机应用动量定理解题的步骤：

（1）选取研究对象，并找到它的初末动量；（2）分析研究过程中物体的受力情况；（3）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，不善于将问题转换成求合外力的冲量知识缺陷提示曲线运动中动量的变化和冲量

例1、质量为m的物体作平抛运动，求抛出后第2个t秒内物体动量的变化。

分析：由动量定理，Δp=I合=mg

t，方向竖直向下。

已知物体所受的冲量，求动量的变化。

例2、质量为m的小球用长为L的细线挂在O点，将小球向右拉开，使细线与竖直方向成θ角后无初速释放，已知小球运动到最低点所需的时间为t，求这个过程中重力和合力的冲量。θhL

分析：IG=mg

t，方向竖直向下；由动量定理，

I合=Δp=mv

-

0由机械能守恒可得：v=[2gL(1-cosθ)]1/2v方向水平向左。则

I合=m[2gL(1-cosθ)]1/2，

已知物体所受的动量的变化，求冲量。动能和动量、动能定理和动量定理的区别

例3、质量为m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v2、水平向左的速度反弹，求此过程中墙壁对小球的功和冲量。（已知碰撞时间极短）v1