1、课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升第1节 实验探究碰撞中的不变量课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升学习目标1明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路。2探究一维碰撞中的不变量。3掌握同一直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升课前预习落实基础 一、实验目的1明确探究碰撞中的不
2、变量的基本思路。2探究一维碰撞中的不变量。二、实验原理1探究思路(1)一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫作一维碰撞。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(2)追寻不变量：在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为 m1、m2，碰撞前的速度分别为 v1、v2，碰撞后的速度分别为 v1、v2，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立：m1v1m2v2m1v1m2v2；m1v21m2v22m1v21m2v22；v1m1v2m2v1m1 v2m2。探究以上各关系式是
3、否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度 v1、v2、v1、v2。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升2实验方案方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图1611 所示。图 1611(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：利用公式 v x t，式中 x 为滑块挡光片的宽度，t 为数字计时器显示的滑块挡光片经过光电门对应的时间。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。图1612课前预习落实基础第十六章
4、动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(4)实验方法用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)可以得到能量损失很小的碰撞。在两个滑块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，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图 1613 所示。图 1613课前预习
5、落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升方案三 利用斜槽实现两小球的一维碰撞，如图 1614 甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球
6、发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。图 1614课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度，因此，只需测出两小球的质量 m1、m2 和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离 s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离 s1 和 s2，若在实验误差允许的范围内 m1s1 与 m1s1m2s2 相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。(3)让小球从斜
7、槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升三、实验步骤不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1用天平测出相关质量。2安装实验装置。3使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度。4改变碰撞条件，重复实验。5通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量。6整理器材，结束实验。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升四、数据处理与误差分析1实验数据的处理为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格，然后探究不变量
8、。碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1v2 mvm1v1m2v2m1v1m2v2mv2m1v21m2v22 m1v21m2v22 vmv1m1v2m2v1m1 v2m2从表中所列的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后守恒的量。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升2实验结论经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度乘积之和，即m1v1m2v2m1v1m2v2。3误差分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：碰撞是否为一维碰撞。实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，
9、长木板实验是否平衡掉摩擦力。(2)偶然误差：主要来源于对质量 m 和速度 v 的测量。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升五、注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。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。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(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)若利用长木板进行实验，可在长木板的一端下垫
10、一小木片用以平衡摩擦力。3探究结论：碰撞有很多情形，寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升课堂互动考点突破 考点一 实验步骤与数据处理例 1 某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量：打点计时器、低压交流电源(频率为 50 Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车 A、带橡皮泥的小车 B、天平。该同学设计的实验步骤如下：课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升A用天平测出小车 A 的质量为 mA0.4 kg，
11、小车 B 的质量为 mB0.2 kgB更换纸带重复操作三次C小车 A 靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车 B 放在长木板中间D把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源E接通电源，并给小车 A 一定的初速度 vA课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(1)请 将 以 上 步 骤 按 操 作 的 先 后 顺 序 排 列 出 来_。(2)打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图1615 所示，根据这些数据完成表格。图 1615课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力
12、提升碰撞前碰撞后A 车B 车AB 整体质量/kg速度/(ms1)vm/(ms1kg1)mv/(kgms1)mv2/(kgm2s2)课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(3)根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为_。解析(1)按照先安装，后实验，最后重复的顺序，该同学正确的实验步骤为 ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动，由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车 A、B 合为一体，求出 AB 整体的共同速度。注意打点计时器的频率为 50 Hz，打点时间间隔为 0.02 s，通过计算得下表。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物
13、理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升碰撞前碰撞后A 车B 车AB 整体质量/kg0.40.20.6 速度/(ms1)3.002.0 vm/(ms1kg1)7.503.3 mv/(kgms1)1.201.2 mv2/(kgm2s2)3.602.4 课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升(3)由表中数值可看出 mv 一行中数值相同，可猜想碰撞前后不变量的表达式为 mAvAmBvB(mAmB)v。答案(1)ADCEB(2)见解析(3)mAvAmBvB(mAmB)v课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5
14、菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升考点二 实验原理的迁移与设计例 2 如图 1616 所示，某同学利用两个半径相同的小球及斜槽探究碰撞中的不变量实验，把被碰小球M1 置于斜槽末端，实验所测得数据如下：小球质量/g小球水平射程/cm M1M2OMOPON20.932.612.55667.8课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升图 1616(1)若平抛时间看作单位时间 1 s，则碰撞前小球 M2 与其速度 v2 的乘积 M2v2_ kgm/s。碰后各自质量与其 速 度 的 乘 积 之 和M1v1 M2v2 _ kgm/s。(2)实验
15、结论是_。课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升解析(1)在这个实验中，不放置 M1，而令 M2 从斜槽末端抛出时，落地点为 P；放置 M1 时，两小球相碰后，M1 的落地点为 N，M2 的落地点为 M，三次平抛的时间都相等，速度可求，即有：M232.6 g0.032 6 kg v2OPt 0.56 m/s M2v20.018 3 kgm/s v2OMt 0.125 m/s 课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升v1ONt 0.678 m/s M1v1M2v20.018 2 kgm/s 因此在误差允许范围内我们可以认为 M2v2M1v1M2v2。(2)题中用水平射程来表示碰撞前后的速度，在实际实验中，因为 vxt，而式中各项中均有1t这项，所以式中的速度 v 就可以用位移来代替了。答案(1)0.018 3 0.018 2(2)碰撞前后两球各自质量与其速度的乘积之和相等课前预习落实基础第十六章 动量守恒定律|物理|选修3-5 菜 单 课堂互动考点突破课下作业能力提升本讲结束请按ESC键返回课下作业能力提升
