高中物理 16.1實驗 探究碰撞中的不變量（精講優(yōu)練課型）課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十六章動量守恒定律1實驗 探究碰撞中的不變量 實驗目的 1 明確探究碰撞中的不變量的基本思路 2 探究一維碰撞中的不變量 實驗原理 1 一維碰撞 兩個物體碰撞前沿同一直線運動 碰撞后仍沿同一直線運動 也就是做一維碰撞 2 實驗方案設計 方案一 用氣墊導軌完成兩個滑塊的一維碰撞實驗裝置如圖所示 不同的質量可以通過在滑塊上加重物的辦法實現 1 質量的測量 用天平測量 2 速度的測量 v 式中的 x為滑塊上擋光板的寬度 t為數字計時顯示器顯示的滑塊擋板經過光電門的時間 3 各種碰撞情景 滑塊上裝彈性片 貼膠布或橡皮泥等 達到碰撞后彈開或粘在一起的效果 在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架 如圖甲 可以得到能量損失很小的碰撞 在滑塊的碰撞端貼膠布 可以增大碰撞時的能量損失 如果在兩個滑塊的碰撞端分別裝撞針和橡皮泥 碰撞時撞針插入橡皮泥中 把兩個滑塊連接成一體運動 圖乙 這樣的碰撞中能量損失很大 如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣 碰撞時它們也會連成一體 利用氣墊導軌進行實驗的兩種情況 方案二 利用等長懸繩懸掛等大小球實現一維碰撞 實驗裝置如圖所示 把兩個小球用細線懸起來 一個小球靜止 拉起另一個小球 放開后它們相碰 1 質量的測量 用天平測量 2 速度的測量 可以測量小球被拉起的角度 計算出碰撞前小球的速度 測量被撞小球擺起的角度 計算碰撞后的速度 3 可采用在小球上貼膠布的方式來改變碰撞中的能量損失 方案三 利用小車在光滑桌面碰撞另一個靜止的小車實現一維碰撞情況靜止的小車上裝上橡皮泥 運動的小車上裝上撞針 讓它們碰撞后粘在一起 1 質量的測量 用天平測量 2 利用打點計時器記錄小車碰撞前后的運動情況 根據紙帶上的點跡求速度 實驗器材 方案一 氣墊導軌 光電計時器 天平 滑塊 兩個 重物 彈簧片 細線 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥等 方案二 帶細線的擺球 兩個 鐵架臺 天平 量角器 坐標紙 膠布等 方案三 光滑長木板 打點計時器 紙帶 小車 兩個 天平 撞針 橡皮泥等 實驗過程 不論采用哪種方案 實驗過程均可按實驗方案合理安排 參考步驟如下 1 用天平測量相關碰撞物體的質量m1 m2 填入預先設計好的表格中 2 安裝實驗裝置 3 使物體發(fā)生碰撞 4 測量或讀出碰撞前后相關的物理量 計算對應的速度 填入預先設計好的表格中 5 改變碰撞條件 重復步驟 3 4 6 進行數據處理 通過分析比較 找出碰撞中的 不變量 7 整理器材 結束實驗 實驗中記錄數據用的表格 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差 1 碰撞是否為一維碰撞 設計實驗方案時應保證碰撞為一維碰撞 2 碰撞中其他力 例如 摩擦力 空氣阻力等 的影響帶來的誤差 實驗中要合理控制實驗條件 避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度 2 偶然誤差 測量和讀數的準確性帶來的誤差 實驗中應規(guī)范測量和讀數 同時增加測量次數 取平均值 盡量減小偶然誤差的影響 注意事項 1 前提條件 碰撞的兩物體應保證發(fā)生的是一維碰撞 即兩個物體碰撞前沿同一直線運動 碰撞后仍沿同一直線運動 2 方案提醒 1 若利用氣墊導軌進行實驗 調整氣墊導軌時 注意利用水平儀確保導軌水平 2 若利用擺球進行實驗 兩小球靜放時球心應在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應在同一豎直平面內 3 探究結論 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 熱點一實驗步驟與數據處理 典例1 某同學運用以下實驗器材 設計了一個碰撞實驗來尋找碰撞前后的不變量 打點計時器 低壓交流電源 頻率為50Hz 紙帶 表面光滑的長木板 帶撞針的小車A 帶橡皮泥的小車B 天平 該同學設計的實驗步驟如下 A 用天平測出小車A的質量為mA 0 4kg 小車B的質量為mB 0 2kgB 更換紙帶重復操作三次C 小車A靠近打點計時器放置 在車后固定紙帶 把小車B放在長木板中間D 把長木板平放在桌面上 在一端固定打點計時器 連接電源E 接通電源 并給小車A一定的初速度vA 1 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來 2 打點計時器打下的紙帶中 比較理想的一條如圖所示 根據這些數據完成下表 3 根據以上數據猜想碰撞前后不變量的表達式為 正確解答 1 按照先安裝 后實驗 最后重復的順序 該同學正確的實驗步驟為ADCEB 2 碰撞前后均為勻速直線運動 由紙帶上的點跡分布求出速度 碰后小車A B合為一體 求出AB整體的共同速度 注意打點計時器的頻率為50Hz 打點時間間隔為0 02s 通過計算得下表 3 由表中數值可看出mv一行中數值相同 可猜想碰撞前后不變量的表達式為mAvA mBvB mA mB v 答案 1 ADCEB 2 見正確解答 3 mAvA mBvB mA mB v 熱點二創(chuàng)新設計實驗 典例2 某同學把兩個大小不同的物體用細線連接 中間夾一被壓縮的彈簧 如圖所示 將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上 燒斷細線 觀察物體的運動情況 進行必要的測量 探究物體間相互作用時的不變量 1 該同學還必須有的器材是 2 需要直接測量的數據是 3 根據課堂探究的不變量 本實驗中表示碰撞前后不變量的表達式應為 正確解答 物體離開桌面后做平拋運動 取右邊物體的初速度方向為正方向 設兩物體質量和平拋初速度分別為 m1 m2 v1 v2 平拋運動的水平位移分別為x1 x2 平拋運動的時間為t 需要驗證的方程 0 m1v1 m2v2 其中 v1 v2 代入得到m1x1 m2x2 故需要測量兩物體的質量m1和m2 兩物體落地點到桌面邊緣的水平距離為x1 x2 需要的器材為刻度尺 天平 答案 1 刻度尺 天平 2 兩物體的質量m1 m2 兩物體落地點分別到桌面邊緣的水平距離x1 x2 3 m1x1 m2x2