高中物理 第十六章 1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修35

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1、第十六章動(dòng)量守恒定律1 1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量知識(shí)點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)的基本思路1一維碰撞兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)，這種碰撞叫做_一維碰撞2追尋不變量(1)在一維碰撞的情況下，設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為 m1 、m2，碰撞前的速度分別為 v1、v2，碰撞后的速度分別為 v1、v2.依次研究以下關(guān)系式是否成立_；_；m1v1m2v2m1v1m2v2(2)不變量的特點(diǎn)：在各種碰撞的情況下都不改變_.3碰撞的其他情形(1)兩個(gè)質(zhì)量相同的物體相碰撞(2)兩個(gè)質(zhì)量相差懸殊的物體相碰撞(3)兩個(gè)速度大小相同、方向相反的物體相碰撞(4)一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體與一個(gè)靜止物體相

2、碰撞(5)兩個(gè)物體碰后可能分開(kāi)，也可能黏在一起不再分開(kāi)知識(shí)點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn)案例方案一：利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量計(jì)時(shí)器測(cè)出的滑塊經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間(3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量方案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量(2)速度的測(cè)量：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度；測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，從而算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度(3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失方案三：利用小車在光滑桌面上碰撞另

3、一靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量知識(shí)點(diǎn) 3 實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)論1器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥2.操作過(guò)程不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下：(1)用天平測(cè)相關(guān)質(zhì)量；(2)安裝實(shí)驗(yàn)裝置；(3)使物體發(fā)生碰撞；(4)測(cè)量或讀出相關(guān)物理量，計(jì)算有關(guān)速度；(5)改變碰撞條件，重復(fù)步驟(3)、(4)；(6)整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn)；(7)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)分析比

4、較，找出碰撞中的守恒量3.注意事項(xiàng)(1)保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)(2)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平(3)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)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(yīng)在同一豎直面內(nèi)(4)碰撞有很多情形我們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4誤差分析(1)碰撞是否為一維碰撞，是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影響是帶來(lái)誤差的又一個(gè)原因，實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件，避免碰撞時(shí)除相互作用力外的其他

5、力影響物體速度5實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得 m1v1m2v2m1v1m2v2，即在碰撞過(guò)程中不變量為 mv.【例題】圖 1611 研究的是碰撞過(guò)程，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面讓小車 A 運(yùn)動(dòng)，小車 B 靜止在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩個(gè)小車連接成一體圖 1611(1)除研究打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶外，還需要測(cè)量的量是_(2)如果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源周期為 T，碰撞前 6 個(gè)點(diǎn)之間的距離為 s1，碰撞后 6 個(gè)點(diǎn)之間的距離為 s2，則碰撞前 A 的速度為_(kāi)，碰撞后 A、B 的速度為_(kāi)(3)本實(shí)驗(yàn)測(cè)速度的過(guò)程中引進(jìn)的誤差來(lái)

6、源是_.答案：見(jiàn)解析1(河源 2012 屆高三質(zhì)檢)我們可以用帶豎直擋板 C、D 的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊 A、B 來(lái)做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1612 所示(彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì))，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖 1612a用天平分別測(cè)出滑塊 A、B 的質(zhì)量 mA、mB；b調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；c在滑塊 A、滑塊 B 間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；d用刻度尺測(cè)出滑塊 A 的左端至板 C 的距離 L1.e按下電鈕放開(kāi)卡銷，同時(shí)使分別記錄滑塊 A、B 運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作當(dāng)滑塊 A、B 分別碰撞擋板 C、D 時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下滑塊 A、B 分別到達(dá)擋板

7、 C、D 的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t1 和 t2.(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是_.滑塊 B 的右端至 D 板的(2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證作用前后質(zhì)量與速度乘 質(zhì)量與速度的積在誤差允許范圍內(nèi)相等，但大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因_距離 L2阻力或氣墊導(dǎo)軌不水平等積的表達(dá)式是_，由此公式算得的A、B兩滑塊的題型 1巧用碰撞中的不變量解決相關(guān)問(wèn)題【例題】在氣墊導(dǎo)軌上有兩個(gè)滑塊 A、B，質(zhì)量分別為 m1和 m2，已知它們碰后的速度分別為 v1和 v2，A 滑塊碰前的速度為 v1，則 B 滑塊碰前的速度為()答案：D規(guī)律總結(jié)：當(dāng)兩個(gè)物體發(fā)生一維碰撞時(shí)，碰撞前后物體質(zhì)量與速度的乘積之和不變，即 m1v1

8、m2v2m1v1m2v2，應(yīng)用本規(guī)律解決問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵是要準(zhǔn)確找出碰撞前后兩個(gè)狀態(tài)所包含的物理量.1(潮州 2012 屆高三模擬)A、B 兩滑塊在同一光滑的水平導(dǎo)軌上相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞(碰撞時(shí)間極短)，用閃光相機(jī)照相，閃光 4 次攝得的閃光照片如圖 1613 所示，已知閃光的時(shí)間間隔為t，而閃光本身持續(xù)時(shí)間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B 兩滑塊均在 080 cm 刻度范圍內(nèi)，且第一次閃光時(shí)，滑塊 A恰好通過(guò) x55 cm 處，滑塊 B 恰好通過(guò) x70 cm 處，問(wèn)：圖 1613(1)碰撞發(fā)生在何處？(2)碰撞發(fā)生在第一次閃光后多長(zhǎng)時(shí)間？解：(1)根據(jù)分析可判定：碰撞發(fā)生在第 1、2 次閃光時(shí)刻

9、之間，碰撞后 B 靜止，故碰撞發(fā)生在 x60 cm 處(2)碰撞后 A 向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)其速度為 vA，所以vAt20 cm題型 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【例題】一水平光滑桌面上有 A、B 兩小車，質(zhì)量分別是0.6 kg 和 0.2 kg.A 車的車尾拉著紙帶，A 車以某一速度與靜止的B 車碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運(yùn)動(dòng)碰撞前后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶如圖 1614 所示根據(jù)這些數(shù)據(jù)，請(qǐng)猜想：把兩小車加在一起計(jì)算，有一個(gè)什么物理量在碰撞前后是相等的？圖 1614答案：mv 在碰撞前后相等規(guī)律總結(jié)：速度是矢量，在探究過(guò)程，必須考慮它的方向.一維碰撞中，規(guī)定一個(gè)正方向，與它相同的記為正，相反為負(fù).在

10、猜測(cè)不變量時(shí)，所研究的必須是一維各種情況下都不變的量，驗(yàn)證時(shí)應(yīng)不斷改變條件，使盡可能多的情況得到驗(yàn)證.2某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過(guò)程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車 A 的前端黏有橡皮泥，推動(dòng)小車 A 使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止在前方的小車 B 相碰并黏合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖 1615 所示在小車 A 后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為 50 Hz，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力圖 1615(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖 1616 所示，并將測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A 為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選_段來(lái)計(jì)算 A 的碰前速度，應(yīng)選_段來(lái)計(jì)算 A 和 B 碰后的共同速度(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)BCDE圖 1616(2)已測(cè)得小車 A 的質(zhì)量 mA0.40 kg，小車 B 的質(zhì)量 mB0.20 kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前 mAvAmBvB_ kgm/s；碰后 mAvAmBvB_kgm/s.0.420.417解析：(1)小車 A 碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打在紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車碰前速度應(yīng)選 BC 段；CD 段上所打出的點(diǎn)由稀變密，可見(jiàn)在 CD 段 A、B 兩小車相互碰撞，A、B 碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所打出的點(diǎn)又是間距均勻的，故應(yīng)選 DE 段計(jì)算碰后的速度