邢臺市第三中學(xué)高中物理導(dǎo)學(xué)案：第章第節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第十六章動量守恒定律第1節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1。探究碰撞中的不變量之間的關(guān)系。2.掌握在同一條直線上運(yùn)動的兩個物體碰撞前、后速度的測量方法。3.通過實(shí)驗(yàn)得到一維碰撞中的不變量表達(dá)式.【使用說明與學(xué)法指導(dǎo)】1．依據(jù)課標(biāo)要求及學(xué)習(xí)目標(biāo)，15分鐘認(rèn)真研讀課本并完成預(yù)習(xí)案，20分鐘完成探究案。2．將你預(yù)習(xí)中的疑問填在“我的疑問"，準(zhǔn)備在課堂上組內(nèi)討論。【預(yù)習(xí)案】一、實(shí)驗(yàn)原理1.兩個物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動，碰撞后____________運(yùn)動。這種碰撞叫做一維碰撞。2。實(shí)驗(yàn)的基本思路：尋求不變量在一維碰撞的情況下，令兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1′、v2′，如果速度的方向與我們設(shè)定的坐標(biāo)軸的正方向一致，取正值，反之則取負(fù)值.探究以下關(guān)系式是否成立：（1）m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；(2）m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2;(3)v1/m1+v2/m2=v1’/m1+v2’/m2二、需要考慮的問題及實(shí)驗(yàn)方案1。質(zhì)量的測量：用________測量。2.速度的測量:方案1：利用氣墊導(dǎo)軌結(jié)合光電門(1）所需測量量：滑塊（擋光板）的寬度Δx，滑塊(擋光板）經(jīng)過光電門的時間Δt。（2）速度的計(jì)算：v＝________.（3)碰撞情景的實(shí)現(xiàn)圖1如圖1所示，利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類型的碰撞，利用________________的方法改變碰撞物體的質(zhì)量。（4）器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時器、滑塊（帶擋光板、兩個)、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥.方案2:利用擺球結(jié)合機(jī)械能守恒定律圖2(1)所需測量量：懸點(diǎn)至球心的距離l，擺球被拉起或碰后的角度θ.(2）速度的計(jì)算：v＝________。(3）碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：如圖2所示,用____________的方法增大兩球碰撞時的能量損失.(4)器材：帶細(xì)線的擺球(兩套）、鐵架臺、量角器、坐標(biāo)紙、膠布。方案3：利用“光滑”水平面結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時器.（1)所需測量量：紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，小車經(jīng)過Δx所用的時間Δt。(2)速度的計(jì)算：v＝________.（3）碰撞情景的實(shí)現(xiàn):如圖3所示,A運(yùn)動,B靜止，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體.圖3（4)器材：長木板、打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、小車（兩個）、撞針、橡皮泥。三、實(shí)驗(yàn)步驟不論哪種方案，實(shí)驗(yàn)過程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下:1.用天平測出相關(guān)質(zhì)量。2。安裝實(shí)驗(yàn)裝置.3。使物體發(fā)生一維碰撞，測量或讀出相關(guān)物理量,計(jì)算相關(guān)速度，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格。4.改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn).5。通過數(shù)據(jù)分析處理，找出碰撞中的不變量。6.整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).四、數(shù)據(jù)處理將實(shí)驗(yàn)中測得的物理量填入下表，物體碰撞后運(yùn)動的速度與原來的方向相反時需要注意正負(fù)號。碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1′v2′mvm1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2mv2m1v12＋m2v22m1v1′2＋m2v2′2其他猜想……通過研究以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),找到碰撞前后的“不變量".五、注意事項(xiàng)1.保證兩物體發(fā)生的是____________，即兩個物體碰撞前后沿________________。2。若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn),調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時要注意利用水平儀確保導(dǎo)軌________.3.若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時________應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸,擺線豎直，將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi).4.記錄數(shù)據(jù)時,應(yīng)規(guī)定正方向，若速度的方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取______值，若與規(guī)定的正方向相反,則取______值。5.碰撞有很多情形，我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變,才符合要求.我的疑問探究案【探究案】探究一：利用氣墊導(dǎo)軌結(jié)合光電門的測量例1某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量"的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖4所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。圖4（1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟:①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③接通光電計(jì)時器；④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間;⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門2后依次被制動；⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為:滑塊1通過光電門1的擋光時間Δt1＝10.01ms，通過光電門2的擋光時間Δt2＝49。99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間Δt3＝8.35ms；⑧測出擋光片的寬度d＝5mm,測得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為m1＝300g，滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2＝200g;(2)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是:A.________________________________________________________________________；B.________________________________________________________________________.②碰撞前滑塊1的速度v1為__________m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為__________m/s;滑塊2的速度v3為__________m/s;（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)③在誤差允許的范圍內(nèi),通過本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以探究出哪些物理量是不變的？通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析說明理由.（至少回答2個不變量)。a。________________________________________________________________________；b。________________________________________________________________________。探究二、利用擺球結(jié)合機(jī)械能守恒定律的探究圖5例2某同學(xué)利用如圖5所示的裝置探究碰撞中的不變量。圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為1∶2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時，其側(cè)面剛好接觸.向左上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45°角，然后將其由靜止釋放，結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角為30°。此實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒Φ卣f明碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積是不變量?探究三、利用光滑水平面結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時器的探究例3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用打點(diǎn)計(jì)時器“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運(yùn)動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰，并粘合成一體繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動,他設(shè)計(jì)的裝置如圖6所示.在小車A后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時器的電源頻率為50Hz，長木板的一端下面墊著小木片用以平衡摩擦力.圖6(1）若已得到打點(diǎn)紙帶如圖7所示，測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離并標(biāo)在圖上,A為運(yùn)動起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選________段來計(jì)算小車A碰撞前的速度，應(yīng)選______段來計(jì)算A和B碰撞后的共同速度。圖7（2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0。40kg,小車B的質(zhì)量m2＝0.20kg，由以上的測量結(jié)果可得：碰撞前兩車質(zhì)量與速度乘積之和為______kg·m/s;碰撞后兩車質(zhì)量與速度乘積之和為______kg·m/s.(3）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果看，A、B碰撞過程中什么量不變？【訓(xùn)練案】1.（多選）在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)中，哪些因素可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差（)A。導(dǎo)軌安放不水平B.小車上擋光板傾斜C。兩小車質(zhì)量不相等D。兩小車碰后粘合在一起2。用如圖8所示裝置探究碰撞中的不變量,氣墊導(dǎo)軌水平放置，擋光板寬度為9。0mm，兩滑塊被彈簧(圖中未畫出)彈開后，左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計(jì)時器，記錄時間為0。040s，右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計(jì)時器,記錄時間為0.060s,左側(cè)滑塊質(zhì)量為100g，左側(cè)滑塊的m1v1＝________g·m/s，右側(cè)滑塊質(zhì)量為150g，兩滑塊質(zhì)量與速度的乘積的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s.(取向右為速度的正方向)圖83.用如圖9所示裝置探究碰撞中的不變量，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn),質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上,離地面高度為H，O點(diǎn)到A球球心距離為L，使懸線在A球靜止釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α，A球釋放后擺到最低點(diǎn)時恰好與B球正碰，碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為β處,B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,保持α角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),白紙上記錄到多個B球的落地點(diǎn).圖9（1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離.(2）實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有哪些