探究碰撞中的不變量1實(shí)用教案

1、溫故知新溫故知新(wn g zh xn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小球?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象：小球(xio qi)總能回到等高位置總能回到等高位置實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)分析：小球好像分析：小球好像“記得記得”自己起自己起始高度始高度在物理學(xué)中，我們把這一事實(shí)說(shuō)成是在物理學(xué)中，我們把這一事實(shí)說(shuō)成是“有某一量有某一量是守恒的是守恒的”“能量能量”第1頁(yè)/共30頁(yè)第一頁(yè)，共30頁(yè)。生活(shnghu)中的各種碰撞現(xiàn)象第2頁(yè)/共30頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。第3頁(yè)/共30頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。思考思考(sko)與與猜想猜想1.這些天壤之別的運(yùn)動(dòng)這些天壤之別的運(yùn)動(dòng)(yndng)，是否遵循相，是否遵循相同的物理規(guī)律？同的物理規(guī)律？2.碰撞現(xiàn)象碰

2、撞現(xiàn)象(xinxing)會(huì)不會(huì)有什么物理量會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變？保持不變？第4頁(yè)/共30頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。第5頁(yè)/共30頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)的基的基本思路本思路1.一維碰撞一維碰撞(pn zhun)兩物體兩物體(wt)碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這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)。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)。思考與猜想思考與猜想與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量有哪些呢？與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量有哪些呢？質(zhì)量與速度質(zhì)量與速度第6頁(yè)/共30頁(yè)第六頁(yè)，共30頁(yè)。222211222211vmvmvmvm221122

3、11vmvmvmvm22112211vmvmvmvm猜想猜想(cixing)：猜想猜想(cixing)：猜想：猜想：第7頁(yè)/共30頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)。第8頁(yè)/共30頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)案例 方案一：利用(lyng)氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量(cling)：用天平測(cè)量(cling)(3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類(lèi)型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體橡皮泥設(shè)計(jì)各種類(lèi)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)間第9頁(yè)/共3

4、0頁(yè)第九頁(yè)，共30頁(yè)。方案二：利用(lyng)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)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)的能量損失的能量損失第10頁(yè)/共30頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。實(shí)驗(yàn)步驟(bzhu)用天平測(cè)出輛小車(chē)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(lyng)小車(chē)在光滑桌面上碰撞另一靜止小車(chē)實(shí)現(xiàn)一維碰撞第11頁(yè)/共30頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。方案三：利用小車(chē)在光滑桌面上碰撞另一靜止(jngzh)小車(chē)實(shí)現(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量(cling)：用天平測(cè)量(cli

5、ng)(2)速度的測(cè)量：vxt，x 是紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，可用刻度尺測(cè)量，t 為小車(chē)經(jīng)過(guò) x 所用的時(shí)間，可由打點(diǎn)間隔算出 第12頁(yè)/共30頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。斜槽（末端(m dun)水平）兩小球復(fù)寫(xiě)紙復(fù)寫(xiě)紙白紙白紙?zhí)炱教炱?tinpng)、刻度尺、重、刻度尺、重垂線垂線方案(fng n)四：利用平拋運(yùn)動(dòng)第13頁(yè)/共30頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。方案四：儀器：小球、天平、刻度尺、重儀器：小球、天平、刻度尺、重垂線、斜槽垂線、斜槽第14頁(yè)/共30頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。注意注意(zh y)：5、用正確的方法從落點(diǎn)的痕跡、用正確的方法從落點(diǎn)的痕跡(hnj)找出落點(diǎn)的位置；找出落點(diǎn)的位置；3、實(shí)驗(yàn)中

6、不需要測(cè)量、實(shí)驗(yàn)中不需要測(cè)量(cling)時(shí)間，也不需要測(cè)時(shí)間，也不需要測(cè)量量(cling)桌面的高度；桌面的高度；4、1、斜槽末端的切線要水平；、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、每次實(shí)驗(yàn)從同一高度釋放小球 ；OPMN方案四：第15頁(yè)/共30頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。第16頁(yè)/共30頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 收集(shuj)數(shù)據(jù) 第17頁(yè)/共30頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)。操作過(guò)程操作過(guò)程不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)(shyn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)(shyn)方案合理安排，參考(cnko)步驟如下：(1)用天平測(cè)相關(guān)質(zhì)量(zhling)；(2)安裝實(shí)驗(yàn)裝置；(3)使物體發(fā)生碰撞；(4

7、)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第18頁(yè)/共30頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)(1)保證兩物體(wt)發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體(wt)碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞(pn zhun)后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)(2)若利用(lyng)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(lyng)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

8、情況下都不改變才符合要求第19頁(yè)/共30頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。誤差誤差(wch)分析分析(1)碰撞是否為一維碰撞，是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因(yunyn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證(bozhng)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.第20頁(yè)/共30頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)?！纠}】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(chē)的后面讓小車(chē) A 運(yùn)動(dòng)，小

9、車(chē) B 靜止在兩小車(chē)的碰撞端分別裝上撞針(zhungzhn)和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針(zhungzhn)插入橡皮泥中，把兩個(gè)小車(chē)連接成一體圖 1611第21頁(yè)/共30頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。(1)除研究打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶外，還需要(xyo)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_.第22頁(yè)/共30頁(yè)第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。答案(d n)：見(jiàn)解析第23頁(yè)/共30頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。1(河源 2012 屆高三質(zhì)檢)我們可以

10、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(tnhung)的長(zhǎng)度忽略不計(jì))，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖 1612第24頁(yè)/共30頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。a用天平分別測(cè)出滑塊 A、B 的質(zhì)量 mA、mB；b調(diào)整(tiozhng)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(y su)的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷(xiāo)鎖定，靜止(jngzh)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(xiāo)，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)

11、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.第25頁(yè)/共30頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。(1)實(shí)驗(yàn)(shyn)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(wnqun)相等，產(chǎn)生誤差的原因_距離(jl) 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兩滑塊的第26頁(yè)/共30頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。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(chē) A 的前端黏有橡皮泥，推動(dòng)(tu dng)小車(chē) A 使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后

12、與原來(lái)靜止在前方的小車(chē) 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(chē) 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第27頁(yè)/共30頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。(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(q sh)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(sd)(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)BCDE圖 1616(2)已測(cè)得小車(chē)(xioch) A 的質(zhì)量 mA0.40 kg，小車(chē)(xioch) 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第28頁(yè)/共30頁(yè)第二十八頁(yè)，共30頁(yè)。解析