2017-2018学年高中物理 第十六章 运量守恒定律 第1节 实验：探究碰撞中的不变量教师用书 新人教版选修3-5.doc

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1、第1节　实验：探究碰撞中的不变量一、实验目的1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路．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，这种碰撞叫做一维碰撞．(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v′1、v′2，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：①m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2；②m1v＋m2v＝m1v′＋m

2、2v′；③＋＝＋.探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v′1、v′2.2．实验方案方案一　利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．实验装置如图所示．(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．Δt为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出．这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况．方案二　利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图所示．(1)质量的测

3、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．方案三　利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示．(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：利用公式v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块挡光片经过光电门对应的时间．(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量．(4

4、)实验方法①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)．②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．③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．方案四　利用斜槽实现两小球的一维碰撞，如图甲所示．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发生碰撞，之后两小球都做平抛运动．(1)质量的测量：用天

5、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s′1和s′2.若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s′1＋m2s′2相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量．(3)让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验．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

6、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．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．碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v′1v′2mvm1v1＋m2v2m1v′1＋m2v′2mv2m1v＋m2vm1v′＋m2v′＋＋从表中所列的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后守恒

7、的量．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m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.3．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：①碰撞是否为一维碰撞．②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，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．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

8、水平．(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．　实验原理及注意事项　如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B做“探