探究碰撞中的不变量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,温故知新,实验现象：小球总能回到等高位置,实验分析：小球好像“记得”自己起始高度,在物理学中，我们把这一事实说成是“有某一量是守恒的”,“,能量”,生活中的各种碰撞现象,微观粒子相互作用,思考与猜想,1.,这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物理规律？,2.,碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？,第十六章 动量守恒定律,1.,实验：探究碰撞中的不变量,教学目标,（一）知识与技能,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,（二）过程与方法,1,、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。,2,、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。,（三）情感、态度与价值观,1,、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。,2,、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。,3,、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。,4,、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。,教学重点,碰撞中的不变量的探究,教学难点,实验数据的处理,教学方法,教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。,教学用具：,投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等,一、观察实验、提出问题,思考：,碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？,可能,存在什么样的数学关系式,实验的基本思路,1.,一维碰撞,两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动,且方向与假定正方向同向为正，反向为负,。,思考与猜想,与物体运动有关的物理量有哪些呢？,碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？,质量与速度,二、我们的猜想,2,2,1,1,2,2,1,1,v,m,v,m,v,m,v,m,+,=,+,猜想：,猜想：,猜想：,保证一维碰撞,即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；,且方向与假定正方向同向为正，反向为负,如何测量物体的质量；,（天平）,怎样测量物体的速度,?,三、设计方案,设计实验需要考虑的问题,测速原理,1,气垫导轨,碰撞滑块,光电门,x,实,验,案例 方,案一：,利用气垫导轨实现一维,碰撞,(1),质量的测量：用天平测量,(3),不同碰撞情况的实现：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质量,计时器,光电门,测出的滑块经过光电门的时间,1.,单摆测速：设摆绳长为,L,，测出摆角,和,，机械能守恒可得,速度为：,橡皮泥,保证两绳等长,测速原理,2,方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞,2.,不,同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞,时,的能量损失,实验,步骤,用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥）,固定打点计时器，连好电路。,平衡摩擦力,做实验,改变质量，重做实验,数据记录与处理：,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,橡皮泥,测速原理,3,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,频闪照片测速：分析频闪照片中,A,、,B,滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为,t,，可得速度为,v,A,=X,A,/,t,测速原理,4,方案四：,频闪照片,斜槽,（末端水平）,两小球,复写纸,白纸,天平、刻度尺、重垂线,方案五：,利用平抛运动,h,h,斜槽末端切向水平,平抛测速：测出碰撞前后各球落点到,O,间的距离,X,OP,、,X,OM,、,X,ON,，各球空中运动时间均相同，设为,t,，可得速度为,v,=X,水,/,t,为防止碰撞中,A,球反弹，有,m,A,m,B,落点确定：,测速原理,5,方案五：,利用平抛运动,仪器：小球、天平、刻度尺、重垂线、斜槽,注意：,5,、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；,3,、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；,4,、,为防止碰撞中,A,球反弹，有,mA,mB,1,、斜槽末端的切线要水平；,2,、每次实验从同一高度释放小球；,O,P,M,N,方案五：,利用平抛运动,平抛测速的其他方案,需测球的直径,测速原理,5,四、进行实验 收集数据,实验装置应怎么组装？,实验的程序,即实验步骤是什么？,怎样进行实验数据的采集、分析与处理？,怎样设计数据表格,?,对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。,操,作过程,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；,(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)、(4)；,(6)整理器材，结束实验；,(7)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量,注,意事项,(1)保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同,一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动,(2)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,(3)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,同一竖直面内,(4)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,误,差分析,(1)碰撞是否为一维碰撞，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(例如摩擦力)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，避免碰撞时除相互作,用力外的其他力影响物体速度,5实验结论,通过实验数据分析可得,m,1,v,1,m,2,v,2,m,1,v,1,m,2,v,2,，即,在碰撞过程中不变量为,m,v,.,【例题】,图 1611 研究的是碰撞过程，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,A,运动，小车,B,静止在两小车的碰撞端分别装上,撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成,一体,图 1611,(1)除研究打点计时器打下的纸带外，还需要测量的量是,_,(2)如果打点计时器的电源周期为,T,，碰撞前 6 个点之间的,距离为,s,1,，碰撞后 6 个点之间的距离为,s,2,，则碰撞前,A,的速度,为_，碰撞后,A,、,B,的速度为_,(3)本实验测速度的过程中引进的误差来源是_,_.,答案：,见解析,1(,河源,201,2,届高三质检,),我们可以用带竖直挡板,C,、,D,的,气垫导轨以及滑块,A,、,B,来做探究碰撞中的不变量的实验，实,验装置如图 1612 所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验,步骤如下：,图 1612,a用天平分别测出滑块,A,、,B,的质量,m,A,、,m,B,；,b调整气垫导轨，使导轨处于水平；,c在滑块,A,、滑块,B,间放入一个被压缩的轻弹,簧，用电动,卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；,d用刻度尺测出滑块,A,的左端至板,C,的距离,L,1,.,e按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块,A,、,B,运动时,间的计时器开始工作当滑块,A,、,B,分别碰撞挡板,C,、,D,时停止,计时，记下滑块,A,、,B,分别到达挡板,C,、,D,的运动时间,t,1,和,t,2,.,(1)实验中还应测量的物理量是_,_.,滑块,B,的右端至,D,板的,(2)利用上述测量的实验数据，验证作用前后质量与速度乘,质量与速度的积在误差允许范围内相,等，但大小并不完全相等，,产生误差的原因,_,距离,L,2,阻力或气垫导轨不水平等,积的表达式是,_,，由此公式算得的,A,、,B,两滑块的,2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,的前端黏有橡皮泥，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 1615 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,图,16,1,5,(1)若已得到打点纸带如图 1616 所示，并将测得的各,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,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,”),BC,DE,图 1616,(2)已测得小车,A,的质量,m,A,0.40 kg，小车,B,的质量,m,B,0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前,m,A,v,A,m,B,v,B,_ kgm/s；,碰后,m,A,v,A,m,B,v,B,_kgm/s.,0.42,0.417,解析：,(1),小车,A,碰前做匀速直线运动,，打在纸带上的点应该是,间距均匀的，故计算小车碰前速度应选,BC,段；,CD,段上所打出的点,由稀变密，可见在,CD,段,A,、,B,两小车相互碰撞，,A,、,B,碰撞后一起做,匀速直线运动，所打出的点又是间距均匀的，故应选,DE,段计算碰后,的速度,