高中物理第十六章动量守恒定律1实验：探究碰撞中的不变量学案新人教版选修3_5

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1、1　实验：探究碰撞中的不变量1．实验探究——一维碰撞中的不变量(1)一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞，也叫正碰。辨误区碰撞除一维碰撞，有的碰撞前、后速度方向不在同一条直线上，这样的碰撞叫斜碰；物理学中研究的碰撞，并不限于物体直接接触的情况，分子、原子、基本粒子等不直接接触，但存在相互作用力，并影响彼此的运动，这种情况也叫做碰撞。(2)实验设计的基本思路①一维碰撞。②碰撞中的相关物理量：两物体的质量m1、m2；碰前速度v1、v2；碰后速度v1′、v2′。③碰撞前后不变量的猜想，可能情况如下：m1v1＋m2v2＝m

2、1v1′＋m2v2′或m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2或＋＝＋。④物理量的测量物体质量的测量用天平；物体速度的测量可利用打点计时器或光电计时装置，也可利用平抛的方法间接测出。⑤保证不变量在各种碰撞的情况下都是不改变的。⑥设计实验方案及表格。⑦进行实验，收集数据，填入下表：碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1′v2′mvm1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′mv2m1v＋m2vm1v1′2＋m2v2′2＋＋【例1】某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方

3、的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图甲所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用来平衡摩擦力。甲(1)若已得到打点纸带如图乙所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A的碰前速度，应选________段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。乙(2)若已测得小车A的质量m1＝0.40kg，小车B的质量m2＝0.20kg，由以上测量结果可得：碰前m1v1＋m2v2＝______kg·m/s；碰后m

4、1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s。比较碰撞前后两小车的mv之和是否相等。解析：(1)小车A碰前做匀速直线运动，打在纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选BC段；CD段上所打的点由疏变密，可见在CD段A、B两小车相互碰撞，A、B小车碰撞后一起做匀速运动，所打出的点应是间距均匀的。故应选DE段计算碰后速度。(2)由图乙可求得：v1＝＝1.05m/s，v2＝0v1′＝v2′＝＝0.695m/s所以碰前m1v1＋m2v2＝0.420kg·m/s碰后m1v1′＋m2v2′＝0.417kg·m/s通过计算可以发现，在误差允许范围内，碰撞前后两个

5、小车的mv之和是相等的。答案：(1)BC　DE　(2)0.420　0.417点技巧　控制变量法本实验中两个物体的质量很容易测出，而两个物体的四个速度值的测量比较困难，因此我们在设计实验时要对实验进行优化，尽可能减少要测量的速度值。我们可以采用下面的方法，让一个运动的物体去碰撞一个静止的物体，在碰撞后使两个物体一起运动，这样我们就把原来要测量四个速度值减少成了只测量两个速度值，再根据测得的数据进行不变量的探究。最后，把由简化后的碰撞所得到的规律，放到普通的碰撞中来验证规律的正确性。2．利用气垫导轨实现一维碰撞实验装置如图所示。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2

6、)速度的测量：利用公式v＝，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门对应的时间。(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。(4)实验方法①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)可以得到能量损失很小的碰撞。③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。(5)实验器材气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片

7、)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。3．利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞实验装置如图所示。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。(4)实验器材：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。【例2】如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10Hz。开始时两

8、个滑块静止，它们之间有一