16.1實(shí)驗(yàn)探究碰撞中的不變量導(dǎo)學(xué)案

161驗(yàn)：探究撞中的變量（）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、明確探究碰撞中的不變量的本思路．2、掌握同一條直線上運(yùn)動(dòng)的兩物體碰撞前后的速度的測量方法．3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法．【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】掌握科學(xué)探究的方法。如何真正實(shí)現(xiàn)探究的過程?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】啟發(fā)學(xué)生利用身邊的一切可利用資源，來自行設(shè)計(jì)可行性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案?！痉椒ㄖ笇?dǎo)】1、學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)實(shí)，完成某種規(guī)律的探究方法。2、學(xué)習(xí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行猜測探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。1．“探究碰撞中的不變量驗(yàn)中了利地完成實(shí)驗(yàn)球量為m碰球質(zhì)量為m者關(guān)系應(yīng)(A．>mB．=mC．mD．以上三個(gè)關(guān)系都可以2兩相向運(yùn)動(dòng)，發(fā)生正碰，碰后兩球均靜止，于是可以斷定，在碰撞以前()A．兩球的質(zhì)量相等B．兩球的速度大小相同C．兩球的質(zhì)量與速度的乘積之和的大小相等D．以上都不能斷定，3．在“探究驗(yàn)證”的實(shí)驗(yàn)一中若繩長L球1、別由偏α和靜止釋放，則在最低點(diǎn)碰撞前的速度大小分別為、。碰撞后向同一方向運(yùn)動(dòng)最大偏角分別瞬時(shí)速度大小分別為、。

和，碰撞后兩球的4．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)器探究碰撞過程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使做勻速運(yùn)動(dòng)．然后與來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示．在小車A后著紙帶電打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為，木板下墊著小木用以平衡摩擦力．(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖所示將測得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上點(diǎn)是動(dòng)起始的第一點(diǎn)應(yīng)選段計(jì)算A的碰速度，應(yīng)選段來計(jì)算和B碰的共同速度以兩格填A(yù)B或“BC"或“CD"或DE”．

(2)已測得小車A的質(zhì)m=040kg，小車B質(zhì)量20kg由以上測量結(jié)果可得：碰前mv++mv=kg·／；后v+mv=kgm／．并比較碰撞前后兩個(gè)小車質(zhì)量與速度的乘積之和是否相等．知識(shí)點(diǎn)梳理：1．實(shí)驗(yàn)探究的基本思路1）一維碰撞兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)．這種碰撞叫做一維碰撞．2）追尋不變量在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度．設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、，碰撞后的速度分別為

v

、

．規(guī)定某一速度方向?yàn)檎鲎睬昂笏俣鹊淖兓臀矬w的質(zhì)量m的系，我們可以做如下猜測：（）

mvvv12122（）

mvvmv12211

222（）

v12m分析：①碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是我們追尋的“不變量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(shí)驗(yàn)條件的保證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量1）實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)2）用天平測量物體的質(zhì)量；3）測量兩個(gè)物體在碰撞前后的速度．測量物體的速度可以有哪些方法？問題一實(shí)操作過程例題1：課本參考案二中下列說法正確的是)A懸掛兩球的細(xì)繩長度要適當(dāng)，且等長B．靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度．兩小球必須都鋼性球，且質(zhì)量相同．兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)[析兩等長能保證兩球正碰，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以

A正確。由于算碰撞前速度時(shí)用到了

—，即初速度為，B正。本實(shí)驗(yàn)中對小球的性能無要求C錯(cuò)。兩球正碰后，有各種運(yùn)動(dòng)情況，所以正。答案問題二實(shí)數(shù)據(jù)的處理例題2：了研究碰撞實(shí)驗(yàn)可以在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運(yùn)動(dòng)可以看成是勻速運(yùn)動(dòng)使驗(yàn)可靠性及準(zhǔn)確度得以提高．在某次實(shí)驗(yàn)中兩鋁制滑塊在一水平長氣墊導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相每隔．的間拍攝一次照片，每次拍攝時(shí)閃光的延續(xù)時(shí)間很短，可以忽略，如圖所示，已知A、之間的質(zhì)量關(guān)系是．，攝共進(jìn)行了次第一次是在兩滑塊相撞之前后三次是在碰撞之后原來處于靜止?fàn)顟B(tài)滑塊在拍攝閃光照片的這段時(shí)間內(nèi)是至105cm這范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)以塊上的箭頭位置為)，根據(jù)閃光照片求出：(1)A、兩滑塊碰撞前后的速度各為多?(2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后兩物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積和是不是不變解析由分析VB/=0．50m／，VA/=0．／

可知(碰后：從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片A運(yùn)的時(shí)間．，此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時(shí)間為．s，碰撞前物的速度為．／，題意得vA=0。(2)碰撞前mAVA十．碰撞后十mBvB/=．所以mAvA+mBvB=mAvA/+mBvB/，碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不變量。問題三實(shí)原理及注意事項(xiàng)例題3：如所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn)：(1)把兩滑塊和B緊貼在一起上質(zhì)碼置于導(dǎo)軌上用電動(dòng)卡銷卡和在與A板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)。

直擋板、DAB，做探究量為m的和B的固定擋(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開時(shí)動(dòng)兩個(gè)錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器A和B與板C和D碰同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至運(yùn)時(shí)間t1，至D運(yùn)時(shí)間t2。(3)重復(fù)幾次取，的均值。請回答以下幾個(gè)問題：①在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意；②應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有；③作用前A、兩塊速度與質(zhì)量乘之和為，用后、兩滑塊速度質(zhì)量乘積之和為。解析(1)為保證滑塊A作后做勻速直線運(yùn)動(dòng)須使氣墊導(dǎo)軌水平要用水平儀加以調(diào)試。(2)要求出、兩塊在卡銷放開后的速度，需測出A至的間和至D的間，且要測量出兩滑塊到擋板的距離和L2，由公式v=s/t求其速度。(3)設(shè)向左為正方向根所測數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為。前兩物體靜止，速度與質(zhì)量乘積之和為，碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積點(diǎn)評(píng)要求兩物體在碰撞前后質(zhì)量與速度乘積的關(guān)系要根據(jù)不同的儀器直接或間接測量，最后比較在誤差范圍內(nèi)其乘積是否相等即可?！尽恳弧㈦p項(xiàng)選擇題

1．用如圖16－－所示的裝置究碰撞中的不變量時(shí)，必須注意的事項(xiàng)(BC)圖16－－A．到最低點(diǎn)時(shí)，兩球的球心連線可以不水平B．到最低點(diǎn)時(shí)，兩球的球心連線要水平C．多次測量減小誤差時(shí)A球必從同一高度下落D．多次測量減小誤差時(shí)A球必從不同高度下落解析：要保證一維對心碰撞，必須在碰撞時(shí)球心在同一高度；多次測量求平均值，必須保證過的重復(fù)性，球必須同一高度下落．2．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)器探究碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端黏有橡皮泥，推動(dòng)小車使做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在前方的小車相并黏合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的裝置如圖16－－所示車A連著紙帶打計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz板下墊著小木片(AB)圖16－－A．長木板墊著小木片是為了平摩擦，保證小車碰撞前后做勻速運(yùn)動(dòng)B．實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先接通電源，讓小車運(yùn)C．計(jì)算碰撞前后小車的速度時(shí)在紙帶上任選對應(yīng)過程的一段即可D．此碰撞中、小車這一系統(tǒng)的機(jī)械能守恒3．某同學(xué)利用如圖16－－所示裝置探究碰撞過程中的不變量，下列說法正確的(BD)圖－－10A．懸掛兩球的細(xì)繩長度要適當(dāng)可以不等長B．由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確計(jì)算小球碰前的速度C．兩小球必須都是鋼性球，且量相同D．兩小球碰后可以黏合在一起同運(yùn)動(dòng)解析繩長保兩球正以減小實(shí)驗(yàn)誤差以錯(cuò)誤算撞前速度時(shí)用到了mgh＝/2－，初速度為0B正；本實(shí)驗(yàn)中對小球的性能無要求錯(cuò)誤兩球正碰后，運(yùn)動(dòng)情況有多種可能，所以D正．二、非選擇題4．在“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中，入射小球＝15，原來靜止的被碰小球＝10g，由實(shí)驗(yàn)測得它們的碰撞前后的－圖象如圖161所，由圖可知，入射小球碰撞前的mv是0.015_kg·m/s小碰撞后v′0.007_5_·/小碰撞后的mv′0.007_5_.由此得出結(jié)論碰撞前后mv矢量和守恒．

圖－－120.2解析題圖可知碰撞前m速度大小v＝m/s1m/s撞前的mv＝kg1m/s＝0.0150.20.3－0.35－kgm/s.碰后速大?。絤/s＝m/s，的速大小v＝m/s＝0.75m/s0.4－0.40.2故＝0.015kg0.5＝0.0075kgm/s，v＝0.75kgm/s＝0.007kg，由此可知mv＝v＋.5．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌塊射等組成空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如所，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通人壓縮空氣；③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器越過彈射架并定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；④滑塊擠壓軌左端彈射架上橡皮繩；⑤把滑塊2放氣墊導(dǎo)軌的中間⑥先，后，滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如下圖所示：⑧測得滑塊1(包括撞針的量為310g，塊2(括橡皮的質(zhì)量為205g；試完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容。(2)已打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0．s打個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為kg·／；滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為kg·／s(保留三位有效數(shù))。(3)試說明2)問中兩結(jié)果不完全等的主要原因是紙與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位空有摩擦。7題案：先接通點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后放滑塊10.6200.6186．A、兩塊在同一光滑的水平直導(dǎo)軌上相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰碰時(shí)間極)。用閃光照相，閃4次攝

得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時(shí)間間隔Δt，而閃光本身持續(xù)時(shí)間極短，這4次閃的瞬間，A兩塊均在0-80cm刻度范內(nèi)一次閃光時(shí)恰好過處恰通x=70cm處，問：(1)碰撞發(fā)生在何?(2)碰撞發(fā)生在第一次閃光后多時(shí)?(3)設(shè)兩滑塊的質(zhì)量之比為m：=23，試分析碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是否相?8.答案）（）Δt/2（）撞前后兩滑的質(zhì)量與速度乘積之和相.課后作業(yè)：1．課后補(bǔ)充作業(yè)。參答：預(yù)習(xí)答案：1.D2.C3.[2gl(1-cosα)][2gl(1-cosβ)][2gl(1-cosα)]、[2gl(1-cos)]4.[析(1)車碰前勻速直線運(yùn)動(dòng)，打在紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該間距均勻的，故計(jì)算小車碰前速度應(yīng)選BC段CD段所打的點(diǎn)由稀變密；可見在CD段AB兩小相互碰撞．A、撞一起做勻速動(dòng)，所打出的點(diǎn)又應(yīng)是間距