1.2.1 探究物体碰撞时动量的变化规律-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

1.2　探究动量守恒定律 课时1　探究物体碰撞时动量的变化规律 [学习目标] 1.探究物体碰撞时动量的变化规律.2.掌握在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、实验原理 为了使问题简化，这里先研究两个物体碰撞时动量变化的规律，碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动． 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′，如果速度方向与我们规定的正方向一致，取正值，相反取负值． 根据实验求出两物体碰撞前的总动量 p＝m1v1＋m2v2 碰撞后总动量p′＝m1v1′＋m2v2′ 看一看p与p′有什么关系？ 二、实验设计 1．实验设计要考虑的问题 (1)如何保证碰撞前、后两物体速度在一条直线上？ (2)如何测定碰撞前、后两物体的速度？ 2．实验案例：气垫导轨上的实验 气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等． 气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光条、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由摩擦产生的影响． 图1 图2 (1)质量的测量：用天平测量． (2)速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间． 三、实验步骤和数据处理 1．调节气垫导轨，使其水平．是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止． 2．按说明书连接好光电计时器与光电门． 3．如图3所示，在滑块上安装好弹性架．将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿与各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度．测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中． 图3 4．如图4所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后发生碰撞，相碰后粘在一起，测出它们的质量和速度，将实验结果记入相应的表格． 图4 5．在滑块上安装好撞针及橡皮泥后，将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞，然后一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中． 6．根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞时动量变化的规律． 气垫导轨实验数据记录表 碰撞前 碰撞后 质量m(kg) m1 m2 m1 m2 [来源:学&科&网] 速度v(m·s－1) v1 v2 v1′ v2′ mv(kg·m·s－1) m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ 结论 [来源:学.科.网Z.X.X.K] 实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变． 四、注意事项 1．保证两个滑块碰撞前沿同一直线，碰撞后仍沿同一直线运动． 2．调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． 一、用气垫导轨结合光电门的实验探究 例1　某同学利用气垫导轨做“探究物体碰撞时动量变化的规律”的实验．气垫导轨装置如图5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5 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥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相碰撞，碰撞后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间：滑块1通过光电门1的挡光时间为Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间为Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间为Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g； (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是： A．________________________________________________________________________； B．________________________________________________________________________. ②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；(结果均保留两位有效数字) ③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们