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1、2022年高中物理 16．1 實驗：探究碰撞中的不變量學案
知識點梳理：
1．實驗探究的基本思路
1．1 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．
這種碰撞叫做一維碰撞．
1．2 追尋不變量
在一維碰撞的情況下與物體運動有關的量只有物體的質量和物體的速度．
設兩個物體的質量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為、．
規(guī)定某一速度方向為正．
碰撞前后速度的變化和物體的質量m的關系，我們可以做如下猜測：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物體質量不變，但質量并不描述物體的運動狀態(tài)，不是我們追尋的“不
2、變量”．
②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量．
2．實驗條件的保證、實驗數據的測量
2．1 實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿同一直線運動;
2．2 用天平測量物體的質量；
2．3 測量兩個物體在碰撞前后的速度．
測量物體的速度可以有哪些方法？
典型例題：
問題一 實驗操作過程
例題1：在課本參考案例(二)中，下列說法正確的是( )
A．懸掛兩球的細繩長度要適當，且等長
B．由靜止釋放小球以便較準確地計算小球碰前的速度
C．兩小球必須都是鋼性球，且質量相同
3、 D．兩小球碰后可以粘合在一起共同運動
[解析] 兩繩等長能保證兩球正碰，以減小實驗誤差，所以A正確。由于計算碰撞前速度時用到了mgh=mv2/2—0，即初速度為0，B正確。本實驗中對小球的性能無要求，C錯誤。
兩球正碰后，有各種運動情況，所以D正確。 [答案] ABD
問題二 實驗數據的處理
例題2：為了研究碰撞，實驗可以在氣墊導軌上進行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運動可以看成是勻速運動，使實驗的可靠性及準確度得以提高．在某次實驗中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長氣墊導軌上相碰，用閃光照相每隔0．4s的時間拍攝一次照片，每次拍攝時閃光的延續(xù)時間很短，可以忽略，如
4、圖所示，已知A、B之間的質量關系是mB=1．5mA，拍攝共進行了4次，第一次是在兩滑塊相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原來處于靜止狀態(tài)，設A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時間內是在10cm至105cm這段范圍內運動，(以滑塊上的箭頭位置為準)，試根據閃光照片求出：
(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少?
(2)根據閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后兩個物體各自的質量與自己的速度的乘積和是不是不變量?
[解析] 由圖分析可知(1)碰撞后：
VB/=0．50m／s，
VA/=0．75m／s
從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，A運動的時間是t1=0．2s，由
5、此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時間為t2=0．2 s，則碰撞前B物體的速度為vB=1．0m／s，由題意得vA=0。
(2)碰撞前：mAVA十mBvB=1．5mA，
碰撞后：mAvA/十mBvB/= 1．5mA，所以mAvA+mBvB=mAvA/+mBvB/，即碰撞前后兩個物體各自的質量與自己的速度的乘積之和是不變量。
問題三 實驗原理及注意事項
例題3： 如圖所示，在實驗室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和有固定擋板的質量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞中不變量的實驗：
(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質量為m的砝碼，置
6、于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在與A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)。
(2)按下電鈕使電動卡銷放開，同時起動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當A和B與擋板C和D碰撞同時，電子計時器自動停表，記下A至C運動時間t1，B至D運動時間t2。
(3)重復幾次取t1，t2的平均值。
請回答以下幾個問題：
①在調整氣墊導軌時應注意 ；
②應測量的數據還有 ；
③作用前A、B兩滑塊速度與質量乘積之和為 ，作用后A、
7、B兩滑塊速度與質量乘積之和為 。
[解析] (1)為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運動，必須使氣墊導軌水平，需要要用水平儀加以調試。
(2)要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測出A至C的時間t1和B至D的時間t2，并且要測量出兩滑塊到擋板的距離L1和L2，再由公式v=s/t求出其速度。
(3)設向左為正方向，根據所測數據求得兩滑塊的速度分別為vA=L1/t，vB=L2/t。碰前兩物體靜止，v=0，速度與質量乘積之和為0，碰后兩滑塊的速度與質量乘積為(M+m)L1/t1-ML2/t2
[點評] 要求兩物體在碰撞前后質量與速度乘積的關系，就要根據不同的儀器直接或間接測量，最后比較在誤差范圍內其乘積是否相等即可。
2022年高中物理 16．1實驗：探究碰撞中的不變量學案
