§161实验探究碰撞中的不变量

1§16.1实验：探究碰撞中的不变量（陈水兵2014、4、11）【学习目标】：1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路．2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法．3、掌握实验数据处理的方法．【自主学习】：1、生活中碰撞是复杂多样的，我们从最简单的碰撞着手，即两物体在碰撞前后均在，如果物体的速度与规定的正方向一致取值，否则取值。2、在探究碰撞中的守恒量过程中必须注意以下四个问题：①不变量必须在各种碰撞中都；②物体的质量可用进行测量；③实验中必须保证物体碰撞前后的速度方向在同一条上；④正确设计，合理的处理实验。3、课本上三个实验方案可任选一种，通过实验可知碰撞过程中的物体的与的乘积是不变量，这也是大量的实验与事实的观察到得的结论【合作探究】：一、实验目的探究一维碰撞中，碰撞前后描述物体运动状态的物理量mv、mv2、vm等哪一个是守恒的．二、实验原理在一维碰撞中，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度，为找到碰撞中的不变量，首先进行合理猜测(例如：物体的质量与其速度的乘积mv是不是不变量？物体的质量与其速度的二次方的乘积mv2是不是不变量？物体的速度与自己质量的比值vm是不是不变量？)，然后设计碰撞实验，测出物体的质量和碰撞前后物体的速度，对猜测进行验证，从而得到碰撞中的守恒量．三、探究:方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量．(2)速度的测量：v＝ΔxΔt，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)经过光电门的时间．(3)各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量．方案二：利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞．如图16－1－1所示．(1)质量的测量：用天平测量．2(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度；测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失．图16－1－1方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量．(2)速度的测量：v＝ΔxΔt，Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．Δt为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出．(3)碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．三、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥．方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1．用天平测相关质量．2．安装实验装置．3．使物体发生碰撞．4．测量或读出相关物理量，计算有关速度，记入表中(见下表)．5．改变碰撞条件，重复步骤3、4.6．整理器材，结束实验．五、数据处理1．将上述记录的数据进行数据处理，填入表格，通过分析比较找出碰撞中的守恒量.实验情景探究量质量速度mvmv2vm碰撞前m1v1m1v1＋m2v2m1v21＋m2v22v1m1＋v2m2m2v2碰撞后m1v1′m1v1′＋m2v2′m1v1′2＋m2v2′2v1′m1＋v2′m2m2v2′2．实验结论：六、注意事项1．碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变才符合要求．32．保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．3．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．4．若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．七、误差分析1．碰撞是否为一维碰撞是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞．2．碰撞中是否受其他力(如摩擦力)影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体的速度．3．测量摆角、滑块宽度、计数点间距时的误差，特别是测摆角带来的误差最大例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使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图16－1－2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以平衡摩擦力．图16－1－2(1)若已得到打点纸带如图16－1－3所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)．图16－1－3(2)已测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg，由以上测量结果可得，碰前：mAvA＋mBvB＝__________kg·m/s；碰后：mAvA′＋mBvB′＝__________kg·m/s.例:2：(2009·广州调研)气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B来探究碰撞中的不变量，实验装置如图16－1－4所示，采用的实验步骤如下：图16－1－4a．松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时计时器结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.b．在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置．4c．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平．d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2.(1)实验步骤的顺序是_____________________________________________．(2)实验中还需要的测量仪器______________________________________．还需要测量的物理量是_________________________________________．(3)用测得的物理量需要探究的不变量表达式是_______________________．【针对训练】：1、若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作是正确的是()A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源2、关于打点计时器使用的电源，下列说法正确的是()A．火花式打点计时器使用低压交流电源，电磁式打点计时器使用低压直流电源B．火花式打点计时器使用低压交流电源，电磁式打点计时器使用220V交流电源C．火花式打点计时器使用220V交流电源，电磁式打点计时器使用低压交流电源D．火花式打点计时器使用220V交流电源，电磁式打点计时器使用220V直流电源3、试写出下列物理过程中的不变量：（1）一物体做自由落体；（2）一个物体在竖直方向做匀速直线运动；（3）一物体沿光滑曲面自由下滑。4、用气垫导轨做实验时，某一滑块通过光电门时，双挡光片两次挡光的记录为284.1ms和294.6ms，测得挡光片的挡光距离为5cm，则此滑块的速度多大？5、在气垫导轨上有两个质量均为m的滑块，两个滑块都带有尼龙搭扣，使一滑块以速度v运动，和静止的另一滑块相碰，碰后两滑块以共同速度v′运动，请猜测这一过程中的守恒量和不守恒量。6、物理量分哪两类，怎么样描述它们的变与不变？【教学反思】：5§5.5电能的输送导学案答案自主学习1、一维，同一直线上，正，负2、不变化，天平，直线，表格，数据3、质量，速度合作探究:实验结论：在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.典型例题例题1：(1)BCDE(2)0.420.417例题2：(4)实验中弹簧与A、B滑块是粘连好还是不粘连好？______________，理由是________________________．答案：(1)c→b→d→a(2)天平滑块A、B的质量mA、mB(3)mAL1t1＝mBL2t2(4)只与A、B中的某一个粘连好，这样把弹簧的质量考虑进去，会减小系统误差．不能与A、B都粘连，否则A、B可能碰不到C、D，计时误差较大．同步检测1、BC2、C3、（1）运动的加速度（2）速度或合力（3）机械能4、4.76m/s5.守恒量：mv＝2mv′，不守恒量：mv2＝2mv′26、矢量：当矢量的大小或方向有一个发生变化，这个矢量就变化；当矢量的大小和方向都不变时，这个矢量就不变。标量：当标量的大小变化时，这个标题就变化；当标量的大小不变时，这个标题就不变。