高中物理 第十六章 第一节 探究碰撞中的不变量学案 新人教版选修3-5

1、第十六章 动量守恒定律1 探究碰撞中的不变量【学习目标】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【重点难点】1碰撞中的不变量的探究2速度的测量方法、实验数据的处理【课前预习】1、本实验目的：探究一维碰撞中，碰撞前后描述物体运动状态的物理量mv、mv2、等哪一个是守恒的2、实验原理： 在一维碰撞中，与物体运动有关的物理量只有物体的_和物体的_，为找到碰撞中的不变量，首先进行合理猜测(例如：物体的质量与其速度的乘积mv是不是不变量？物体的质量与其速度的二次方的乘积mv2是不是不变量？物体的速度与自己质量的比值是不是不变量？)

2、，然后设计碰撞实验，测出物体的质量和碰撞前后物体的速度，对猜测进行验证，从而得到碰撞中的守恒量方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用_测量(2)速度的测量：v，式中x为 ，t为数字计时器显示的 的时间(3)各种碰撞情景的实现：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_方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞如图1611所示(1)质量的测量：用天平测量图1611(2)速度的测量：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(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶

3、布的方法增大两球碰撞时的能量损失方案三：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(2)速度的测量：v，x是纸带上两_间的距离，可用刻度 尺测量t为小车经过x所用的时间，可由打点间隔算出(3)碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥3、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥4、实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：（1）用天

4、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，结束实验5、数据处理（1）将上述记录的数据进行数据处理，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m1v1m1v1m2v2m1v12m2v22m2v2（2）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，即m1v1m2v2m1v1m2v2.6、注意事项（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

5、物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前后沿_运动（3）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（4）若利用摆球进行实验，两小球静放时_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7、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，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体的速度（3）测量摆角、滑块宽度、计数点间距时的误差，特别是测摆角带来的误差最大【预习检测】1、若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作

6、是正确的是 ( )A相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量B相互作用的两车上，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D先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源2、试写出下列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。3、用气垫导轨做实验时，某一滑块通过光电门时，双挡光片两次挡光的记录为284.1ms和294.6ms，测得挡光片的挡光距离为5cm，则此滑块的速度多大？【参考答案】课前预习：2、质量，速度；天平，位移，时间；质量，计数点

7、；5、物体的质量和速度；6、同一直线，球心；7、一维。预习检测: 1、BC 2、（1）运动的加速度 （2）速度或合力 （3）机械能 3、4.76m/s 图1612堂中互动【典题探究】【例1】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，他设计的具体装置如图1612所示，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) 若已得到打点纸带如图1613所示，并测得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

8、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”)图1613(2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，由以上测量结果可得，碰前：mAvAmBvB_ kgm/s；碰后：mAvAmBvB_kgm/s.【解析】小车碰撞前后都做匀速运动，为减小误差，应选点的间距均匀且大些的段来计算速度；计算时注意用速度的主单位。【答案】(1)BCDE(2)0.420.417【例2】气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块

9、A和B来探究碰撞中的不变量，实验装置如图1614所示，采用的实验步骤如下：图1614a松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时器结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.b在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置c给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平d用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2.(1)实验步骤的顺序是_(2)实验中还需要的测量仪器是_还需要测量的物理量是_(3)用测得的物理量表达需要探究的不变量表达式是_(4)实验中弹簧与A、B滑块是粘连好还是不粘连好？_，理由是_【解析】实验步骤得顺序应按：一切组装、装置调整、实验操作、测量、数