人教版-物理选修3-5-16.1-实验探究碰撞中的不变量

生活中的各种碰撞现象撞车打桩机打桩生活中的各种碰撞现象飞鸟撞飞机拳击碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化。两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样。物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，碰撞过程中的什么物理量保持不变(守恒)？第十六章动量守恒定律16.1实验：探究碰撞中的不变量【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．【重点、难点】1、碰撞中的不变量的探究；2、实验数据的处理．1、一维碰撞我们只研究最简单的情况——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。这种碰撞叫做一维碰撞。一、实验探究的基本思路：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。方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞2.速度的测量：v＝Δx/Δt，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。1.质量的测量：用天平测量。气垫导轨方案二：摆球测速原理如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。方案三：打点计时器测速原理将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车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，把两个小车连接成一体（如下图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。二、猜想碰撞中的不变量：两物体质量与速度的乘积之和，即m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′是否成立？或者质量与速度平方乘积之和即m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2是否成立？还是有其他的可能？或者成立？12121222vvvvmmmm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。实验器材不论采用哪种方案，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；5.改变碰撞条件，重复步骤3、4；6.进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量；7.整理器材，结束实验。实验步骤1．实验数据的处理实验数据的处理和实验结论为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格，然后探究不变量。m1v21＋m2v22m1v1′2＋m2v2′2mv2/(kg·m2·s－2)v1m1＋v2m2v1′m1＋v2′m2vm/(m·s－1·kg－1)实验得出的结论经过验证后可知，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′2.实验结论误差分析：1、系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：（1）碰撞是否为一维碰撞。（2）实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦。2、偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量。1．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。2．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。3．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。4．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。注意事项某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示实验过程：(1)调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作；(2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度L；(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)；(4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2；练一练：(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态(v2＝0)，用滑块1以初速度v1与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2；(6)先根据v＝L/t计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较大小。次数滑块1滑块2碰前质量×速度碰后质量×速度v1vv2vm1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.269碰前、碰后质量×速度大小并不完全相等，产生误差的原因是：请完成以上表格。实验数据：m1＝0.324kgm2＝0.181kgL＝1.00×10－3m速度单位：m/s次数滑块1滑块2碰前质量×速度碰后质量×速度v1vv2vm1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.2690.09400.0930.1380.1360测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等造成误差【答案】基本思路(一维碰撞)与物体运动有关的物理量可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不变的？需要考虑的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞;物体质量的测量(天平);碰撞前后物体速度的测量(利用光电门或打点计时器等).