探究碰撞中的不變量;

1、16.1探究碰撞中不變的量,作課人：韓換霞 課 型：新授課,溫故知新,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小球總能回到等高位置,實(shí)驗(yàn)分析：小球好像“記得”自己起始高度,在物理學(xué)中，我們把這一事實(shí)說(shuō)成是“有某一量是守恒的”,“能量”,生活中的各種碰撞現(xiàn)象,思考與猜想,1.這些天壤之別的運(yùn)動(dòng)，是否遵循相同的物理規(guī)律？,2.碰撞現(xiàn)象會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變？,一、觀察實(shí)驗(yàn)、提出問(wèn)題,思考：碰撞前后會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變？ 可能存在什么樣的數(shù)學(xué)關(guān)系式,實(shí)驗(yàn)的基本思路,1.一維碰撞,兩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)且方向與假定正方向同向?yàn)檎?，反向?yàn)樨?fù)。,思考與猜想,與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量有哪些呢？碰撞前后

2、會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變？,質(zhì)量與速度,二、我們的猜想,猜想：,猜想：,猜想：,保證一維碰撞 即保證兩物體在碰撞前后在同一直線上運(yùn)動(dòng)；且方向與假定正方向同向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù) 如何測(cè)量物體的質(zhì)量；（天平） 怎樣測(cè)量物體的速度?,三、設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要考慮的問(wèn)題,測(cè)速原理1,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,(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,計(jì)時(shí)器,測(cè)出的滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間,1.單擺測(cè)速：設(shè)擺繩長(zhǎng)為l，測(cè)出擺角和，機(jī)械能守恒可得速度為：,測(cè)速原理2,方

3、案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞,2.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,實(shí)驗(yàn)步驟 用天平測(cè)出輛小車的質(zhì)量（包括撞針或橡皮泥） 固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連好電路。 平衡摩擦力 做實(shí)驗(yàn) 改變質(zhì)量，重做實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)記錄與處理：,方案三：利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞,測(cè)速原理3,方案三：利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞,(1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量,斜槽（末端水平）,天平、刻度尺、重垂線,方案四：利用平拋運(yùn)動(dòng),平拋測(cè)速：測(cè)出碰撞前后各球落點(diǎn)到o間的距離xop、xom、xon，各球空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，設(shè)為t，可得速度為,v =x水/t,為防

4、止碰撞中a球反彈，有mamb,落點(diǎn)確定：,方案四：利用平拋運(yùn)動(dòng),儀器：小球、天平、刻度尺、重垂線、斜槽,注意：,5、用正確的方法從落點(diǎn)的痕跡找出落點(diǎn)的位置；,3、實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量時(shí)間，也不需要測(cè)量桌面的高度；,4、為防止碰撞中a球反彈，有mamb,1、斜槽末端的切線要水平；,2、每次實(shí)驗(yàn)從同一高度釋放小球 ；,方案四：利用平拋運(yùn)動(dòng),平拋測(cè)速的其他方案,測(cè)速原理5,四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 收集數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)怎么組裝？ 實(shí)驗(yàn)的程序,即實(shí)驗(yàn)步驟是什么？ 怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析與處理？ 怎樣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格? 對(duì)比、探究、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，如何設(shè)計(jì)一個(gè)直觀、方便的表格也是成功的關(guān)鍵所在。,操作過(guò)程,不論采用哪種方

5、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)分析比較，找出碰撞中的守恒量,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),

6、(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,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

7、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)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 1612,a用天平分別測(cè)出滑塊 a、b

8、 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 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

9、_,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,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”),bc,de,圖 1616 (2)已測(cè)得小車 a 的質(zhì)量 ma0.40 kg，小車 b 的質(zhì)量 mb 0.20 kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前 mavambvb_ kgm/s；,碰后 mavambvb_kgm/s.,0.