2018-2019版高中物理 第1章 碰撞與動量守恒 1.2 課時1 動量守恒定律課件 滬科版選修3-5.ppt
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課時1探究物體碰撞時動量的變化規(guī)律,第1章1.2探究動量守恒定律,[學習目標]1.探究物體碰撞時動量的變化規(guī)律.2.掌握在同一條直線上運動的兩個物體碰撞前、后速度的測量方法.,內(nèi)容索引,,題型探究重點難點各個擊破,達標檢測當堂檢測鞏固反饋,技能儲備明確原理提煉方法,技能儲備,一、實驗原理為了使問題簡化,這里先研究兩個物體碰撞時動量變化的規(guī)律,碰撞前兩物體沿同一直線運動,碰撞后仍沿這一直線運動.設兩個物體的質(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′,如果速度方向與我們規(guī)定的正方向一致,取正值,相反取負值.根據(jù)實驗求出兩物體碰撞前的總動量p=m1v1+m2v2碰撞后總動量p′=m1v1′+m2v2′看一看p與p′有什么關系?,二、實驗設計1.實驗設計要考慮的問題(1)如何保證碰撞前、后兩物體速度在一條直線上?(2)如何測定碰撞前、后兩物體的速度?,2.實驗案例:氣墊導軌上的實驗氣墊導軌、氣泵、光電計時器、天平等.氣墊導軌裝置如圖1所示,由導軌、滑塊、擋光條、光電門等組成,在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔,向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣,壓縮空氣會從小孔中噴出,使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上(如圖2所示,圖中氣墊層的厚度放大了很多倍),這樣大大減小了由摩擦產(chǎn)生的影響.,圖1,圖2,(1)質(zhì)量的測量:用測量.(2)速度的測量:v=____,式中的為滑塊上擋光板的寬度,為數(shù)字計時顯示器顯示的滑塊上的擋光板經(jīng)過光電門的時間.,天平,Δx,Δt,三、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理1.調(diào)節(jié)氣墊導軌,使其水平.是否水平可按如下方法檢查:打開氣泵后,導軌上的滑塊應該能保持靜止.2.按說明書連接好光電計時器與光電門.3.如圖3所示,在滑塊上安裝好彈性架.將兩滑塊從左、右以適當?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后在兩光電門中間發(fā)生碰撞,碰撞后分別沿與各自碰撞前相反的方向運動再次經(jīng)過光電門,光電計時器分別測出兩滑塊碰撞前后的速度.測出它們的質(zhì)量后,將實驗結(jié)果記入相應表格中.,,圖3,4.如圖4所示,在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥,將兩滑塊從左、右以適當?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后發(fā)生碰撞,相碰后粘在一起,測出它們的質(zhì)量和速度,將實驗結(jié)果記入相應的表格.,,,5.在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥后,將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門之間,裝有撞針的滑塊從一側(cè)經(jīng)過光電門后兩滑塊碰撞,然后一起運動經(jīng)過另一光電門,測出兩滑塊的質(zhì)量和速度,將實驗結(jié)果記入相應表格中.,圖4,6.根據(jù)上述各次碰撞的實驗數(shù)據(jù)尋找物體碰撞時動量變化的規(guī)律.氣墊導軌實驗數(shù)據(jù)記錄表,實驗結(jié)論:碰撞前后兩滑塊的動量之和保持不變.,四、注意事項1.保證兩個滑塊碰撞前沿同一直線,碰撞后仍沿同一直線運動.2.調(diào)整氣墊導軌時,注意利用水平儀確保導軌水平.,,,,題型探究,一、用氣墊導軌結(jié)合光電門的實驗探究,例1某同學利用氣墊導軌做“探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律”的實驗.氣墊導軌裝置如圖5所示,所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成.,圖5,(1)下面是實驗的主要步驟:①安裝好氣墊導軌,調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕,使導軌水平;②向氣墊導軌通入壓縮空氣;③接通光電計時器;,④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間;⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩;⑥釋放滑塊1,滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2相碰撞,碰撞后滑塊2和滑塊1依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門2后依次被制動;⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間:滑塊1通過光電門1的擋光時間為Δt1=10.01ms,通過光電門2的擋光時間為Δt2=49.99ms,滑塊2通過光電門2的擋光時間為Δt3=8.35ms;⑧測出擋光片的寬度d=5mm,測得滑塊1的質(zhì)量為m1=300g,滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2=200g;,(2)數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)論:①實驗中氣墊導軌的作用是:A.____________________________________________________________;B._____________________________________________________________.,答案,解析,答案見解析,解析A.大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差.B.保證兩個滑塊的碰撞是一維的.,②碰撞前滑塊1的速度v1為____m/s;碰撞后滑塊1的速度v2為___m/s;滑塊2的速度v3為___m/s;(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字),答案,解析,答案見解析,③在誤差允許的范圍內(nèi),通過本實驗,同學們可以探究出哪些物理量是不變的?通過對實驗數(shù)據(jù)的分析說明理由.(至少回答2個不變量)a._____________________________________________________________;b._____________________________________________________________.,答案,解析,答案見解析,解析a.系統(tǒng)總動量不變.原因:系統(tǒng)碰撞之前m1v1=0.15kgm/s,系統(tǒng)碰撞之后m1v2+m2v3=0.15kgm/s.b.系統(tǒng)碰撞前后總動能不變.,所以系統(tǒng)碰撞前后總動能相等.c.系統(tǒng)碰撞前后總質(zhì)量不變.,二、利用“光滑”水平面結(jié)合打點計時器的實驗探究,例2某同學設計了一個用打點計時器探究物體碰撞時動量變化規(guī)律的實驗.在小車甲的前端黏有橡皮泥,推動小車甲使之做勻速直線運動,然后與原來靜止在前方的小車乙相碰并黏合成一體,而后兩車繼續(xù)做勻速直線運動,他設計的具體裝置如圖6所示.在小車甲后連著紙帶,打點計時器打點頻率為50Hz,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力.,圖6,(1)若已得到打點紙帶如圖7所示,并將測得的各計數(shù)點間距離標在圖上,A點是運動起始的第一點,則應選____段來計算甲的碰前速度,應選____段來計算甲和乙碰后的共同速度(以上兩格選填“AB”“BC”“CD”或“DE”).,答案,解析,BC,DE,圖7,解析觀察打點計時器打出的紙帶,點跡均勻的階段BC應為小車甲與乙碰前的階段,CD段點跡不均勻,故CD應為碰撞階段,甲、乙碰撞后一起做勻速直線運動,打出間距均勻的點,故應選DE段計算碰后共同的速度.,(2)已測得小車甲的質(zhì)量m甲=0.40kg,小車乙的質(zhì)量m乙=0.20kg,由以上測量結(jié)果可得:碰前m甲v甲+m乙v乙=_____kgm/s;碰后m甲v甲′+m乙v乙′=_____kgm/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).,答案,解析,0.420,0.417,m甲v甲+m乙v乙=0.420kgm/s.,m甲v甲′+m乙v乙′=0.417kgm/s.,(3)由(2)可得出的結(jié)論是___________________________________________________.,答案,解析,在誤差允許范圍內(nèi),碰撞前后兩個小車的mv之和,解析在誤差允許范圍內(nèi),碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的.,是相等的,例3為了探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律,實驗最好在氣墊導軌上進行,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,用頻閃攝像的方法每隔0.4秒的時間拍攝一次照片,每次拍攝時閃光的持續(xù)時間很短,可以忽略,如圖8所示,已知A、B之間的質(zhì)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(nèi)是在10cm至105cm這段范圍內(nèi)運動(以滑塊上的箭頭位置為準),試根據(jù)閃光照片求出:,三、利用氣墊導軌結(jié)合頻閃照相的實驗探究,圖8,(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少?,答案,解析,答案見解析,由題意得vA=0.,由此可知,從第一張拍攝照片到發(fā)生碰撞的時間為t2=(0.4-0.2)s=0.2s,(2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后,兩個滑塊的總動量是否不變.,答案見解析,解析碰撞前:mAvA+mBvB=1.5mA碰撞后:mAvA′+mBvB′=0.75mA+0.75mA=1.5mA,所以mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′,即碰撞前后兩個滑塊總動量不變.,答案,解析,達標檢測,1.(實驗誤差的考查)(多選)在利用氣墊導軌探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律實驗中,哪些因素可導致實驗誤差增大A.導軌安放不水平B.滑塊上擋光片傾斜C.兩滑塊質(zhì)量不相等D.兩滑塊碰后粘合在一起,答案,√,1,2,3,4,√,2.(注意事項的考查)(多選)若用打點計時器做探究碰撞中的不變量的實驗,下列說法或操作正確的是A.相互作用的兩車上,一個裝上撞針,一個裝上橡皮泥,是為了改變兩車的質(zhì)量B.相互作用的兩車上,一個裝上撞針,一個裝上橡皮泥,是為了碰撞后粘在一起C.先接通打點計時器的電源,再釋放拖動紙帶的小車D.先釋放拖動紙帶的小車,再接通打點計時器的電源,1,2,3,4,√,√,答案,解析,解析相互作用的兩車上,一個裝上撞針,一個裝上橡皮泥,是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運動,這種情況能得到能量損失很大的碰撞;應當先接通打點計時器的電源,再釋放拖動紙帶的小車,否則因運動距離較短,小車釋放以后再打開電源不容易得到實驗數(shù)據(jù).故A、D錯誤,B、C正確.,1,2,3,4,3.(實驗數(shù)據(jù)的處理)在用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”實驗時,左側(cè)滑塊質(zhì)量m1=200g,右側(cè)滑塊質(zhì)量m2=160g,擋光片寬度為3.00cm,,1,2,3,4,答案,解析,兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片,用細線將兩滑塊連在一起,如圖9所示.開始時兩滑塊靜止,燒斷細線后,兩滑塊分別向左、右方向運動.擋光片通過光電門的時間分別為Δt1=0.30s,Δt2=0.24s.以向右為正方向,則燒斷細線后兩滑塊的速度分別為v1′=_____m/s,v2′=_____m/s.燒斷細線前m1v1+m2v2=___,燒斷細線后m1v1′+m2v2′=___.可得到的結(jié)論是____________________________________________________.,圖9,-0.1,0.125,0,0,兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是“不變量”,1,2,3,4,因燒斷細線之前,兩滑塊均靜止,故燒斷細線前的m1v1+m2v2為零;燒斷細線后的m1v1′+m2v2′=0.2(-0.1)kgm/s+0.160.125kgm/s=0;即燒斷細線前后mv之和相等,即兩個物體各自的質(zhì)量與自己速度的乘積之和是“不變量”.,4.(實驗數(shù)據(jù)的處理)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10所示,將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上,燒斷細線,觀察兩物體的運動情況,進行必要的測量,探究物體間相互作用時動量變化的規(guī)律.,答案,解析,1,2,3,4,圖10,(1)該同學還必須有的器材是______________;,刻度尺、天平,解析物體離開桌面后做平拋運動,取左邊物體的初速度方向為正方向,設兩物體質(zhì)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s1、s2,平拋運動的時間為t,需要驗證的方程:0=m1v1-m2v2,,故需要測量兩物體的質(zhì)量m1、m2和兩物體落地點分別到桌面兩側(cè)邊緣的水平距離s1、s2,需要的器材為刻度尺、天平.,1,2,3,4,(2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是___________________________________________________________________;(3)本實驗中表示碰撞前后動量守恒的表達式應為___________(用測得的物理量符號表示).,答案,1,2,3,4,m1s1=m2s2,兩物體的質(zhì)量m1、m2和兩物體落地點分別到,桌面兩側(cè)邊緣的水平距離s1、s2,- 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