高中物理第十六章动量守恒定律第1节实验：探究碰撞中的不变量学案新人教版选修3-5

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1、1实验：探究碰撞中的不变量垦础知识：JICHUZHISH1SHULI1.实验目的(1)明确探究碰撞屮的不变量的基本思路。(2)探究一维情况下的碰撞中的不变量。2.实验原理(1)碰撞中的特殊情况维碰撞：两个物体碰撞前后均在一条直线上。(2)追寻不变暈：碰撞前后哪个物理暈是不变的呢？质量不变，但质量不是描述运动状态的物理量。速度在碰撞前后是变化的，速度跟质量的乘积是不是我们要寻找的不变量呢？猜测与假想一下通过实验研究下列哪个关系式成立？①碰撞前后的不变量可能是速度和质量的乘积之和：:②可能是质量与速度二次方的乘积之和：;③也许是物体的速度与自己

2、质量的比值之和：o(3)需要考虑的问题。质量可以用—测量，速度怎样来测量呢？不同的方案有不同的测量方法。(4)实验方案设计。方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞。实验装置如图所示。不同的质量可以通过在滑块上加重物的办法实现。应用气垫导轨很容易控制滑块碰撞前的速度或使它在碰撞前静止。气垫导轨Ax①速度的测量：式中的△/为滑块上挡板的—，为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门的—。②各种碰撞情景：滑块上装弹性片、贴胶布或橡皮泥等，达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。方案二：利用等长悬线挂等大球实现一维碰撞。实验装置如下所示。把两个小球用线悬起

3、来，一个小球静止，拉起另一个小球，放开后它们相碰。①速度的测量：可以测量小球被拉起的,计算出碰撞前小球的速度，测量被撞小球摆起的，计算碰撞后的速度。②可采用在小球上贴胶布的方式来改变碰撞中的能量损失。方案三：利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞情况。实验装置如图所示。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/运动，小车〃静止。①静止的小车〃上装上橡皮泥，运动的小车昇上装上撞针，让它们碰撞后连接成一体。②利用记录小车碰撞前后的运动情况，根据纸带上的点迹求速度。1.实验器材方案一：气垫导轨、

4、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。方案二：带细线的摆球(两个)、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、橡皮泥等。2.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)用天平测量相关的质量；(2)安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；(4)测暈或读出相关数据，计算出物体的速度，并把相关数据填入表屮碰撞前碰撞后质量mimiUhmi速度VViV'V-1'mvmiv+m>V2nhvr+m>V2fnn2加分+

5、/%谥HF2+nkv2'2mvVmKl

6、v2iihnk1上，a1nh(5)改变碰撞条件重复步骤(3)(4)；(6)进行数据处理，通过分析对比，找出碰撞中的不变量；(7)整理实验器材。5.实验结论通过以上实验，我们找到的碰撞前后的“不变量”可能是答案：2.d)nhV+ni)V2—mVfnhV+nhVo—iihV+m>V2f+—+nhnhnhV2nh-(3)天平(4)宽度时间角度角度打点计时器5.速度和质量的乘积之和」洱重扬难扬•圃团ZHONGDIANNANDIANTUPO°一、实验中的注意事项1.保证两个物体发生的是一维碰撞，即两个

7、物体碰撞前后在一条直线上。2.若用气垫导轨进行实验，调整轨道水平，可用水平尺测量。3.若利用摆球做实验，两个小球静止时应在同一水平线上，且刚刚接触，摆线竖直，将小球拉起后，两摆线应在竖直平面内。二、实验中可能出现的几种情况(1)两个碰撞的物体质量相等。(2)两个碰撞的物体质量相差悬殊。(3)两个物体碰撞后连接成一体。(4)入射物体碰撞后不改变方向，或碰撞后反弹，或碰撞后静止等。三、误差分析1.碰撞前后是否在一条直线上，与实验设计有关。气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维性，其他两个方案都存在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成的实验误差较大

8、。2.碰撞屮是否受到其他力的影响，气垫导轨存在这个问题，比如轨道不能安装水平，受到重力分力的影响；方案三的问题更严重，水平桌面的摩擦是不可避免的。3.速度的测量存在误差，方案一是比较好的，光电计吋器计吋误差较小，另外两个方案误差稍大一些。综上所述，方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。四、数据处理三个实验方案中，速度的测量方法分别为：方案一：利用速度公式求速度；方案二：利用机械能守恒mgl(l—cos())=$『，求速度；方案三：利用纸带上的点迹求速度。DIANXINGLITILINGWU领悟类型一探究碰撞中的不变量【例题1】如

9、图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为lOHzo开始两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹赞，滑块用细绳连接,细绳烧断后，两个滑块向相反方向