,高中物理选修3-5人教版,第十六章动量守恒定律 1实验：探究碰撞中的不变量,目标定位1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路.2.探究一维碰撞中的不变量.3.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法,一、一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后 ，这种碰撞叫做一维碰撞,仍沿这一直线,运动,二、基本思路：追寻不变量 在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1、v2，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立： m1v1m2v2 ； m1vm2v ；,m1v1m2v2,m1v12m2v22,三、需要考虑的主要问题：测量质量和速度 1质量的测量： 用 测量 2速度的测量：有下列三种方案 方案1：利用气垫导轨结合光电门,天平,实验装置如图1611所示： 图1611,(2)碰撞情景的实现 图1612,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，两个滑块随即向相反方向运动(图1612甲) 在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞 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,(3)器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等 方案2：单摆结合机械能守恒定律 实验装置如图1613所示：,图1613,(1)速度的测量及计算：可以测量小球被拉起的 ，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 ，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度 (2)碰撞情景的实现：用 的方法增大两小球碰撞时的能量损失,角度,角度,贴胶布,(3)器材：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等 方案3：纸带结合打点计时器 实验装置如图1614所示(在光滑长木板上) 图1614,刻度尺,一、实验步骤 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用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2. 2安装实验装置 3使物体发生一维碰撞,4测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度 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“不变量” 7整理器材，结束实验,二、数据处理： 将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况。,三、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掉摩擦力 2偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量,四、注意事项 1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 2方案提醒： (1)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 (2)若利用摆球进行实验，两小球静止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平面内 (3)若利用长木板进行实验，可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力,3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变,典例分析 【例1】某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图1615所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成 图1615,(1)下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 接通光电计时器； 把滑块2静止放在气垫导轨的中间； 滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；,释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动； 读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间t110.01 ms，通过光电门2的挡光时间t249.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间t38.35 ms； 测出挡光片的宽度d5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2200 g；,(2)数据处理与实验结论： 实验中气垫导轨的作用是：A._， B_. 碰撞前滑块1的速度v1为_m/s；碰撞后滑块1的速度v2为_m/s；滑块2的速度v3为_m/s；(结果保留两位有效数字),在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由(至少回答2个不变量) a_； b_.,答案A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B保证两个滑块的碰撞是一维的 0.500.100.60 a.系统碰撞前、后质量与速度的乘积之和不变 b碰撞前后总动能不变 c碰撞前后质量不变,【例2】 (2014西宁高二检测)如图所示的 装置中，质量为mA的钢球A用细线悬挂于 O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度 为H的小支柱N上O点到A球球心的距离 为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖 直线的夹角为，A球释放后摆动到最低 点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质 指示针,图1616,OC推移到与竖直线夹角为处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点 (1)图中x应是B球初始位置到_的水平距离 (2)为了探究碰撞中的守恒量，应测得_等物理量 (3)用测得的物理量表示： mAvA_； mAvA_； mBvB_.,再见,