16.1 实验：探究碰撞中的不变量 课件 -2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-5

制作者：河南驻马店高级中学 李阳 学习目标： 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路。 2、掌握同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法。 3、掌握实验数据的处理方法。 重、难点： 1、同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法 16.1 探究碰撞中的不变量 选修3-5 第十六章 动量守恒定律 。 打台球是同学们校外活动中非常喜欢的游戏，本节课首先通过视频《打台球》展示了各种花式台球的打法，令人眼花缭乱，很能吸引大家的眼球，引起大家的探究物体间碰撞规律的兴趣，导入新课。 本节课是一节实验探究课，目的是要学生掌握探究问题的基本思路，实验数据的处理方法。所以首先说明问题探究的必要性和探究的目的，鼓励学生根据实验目的提出探究的不同方案。根据实验方案明确实验过程中需要记录的数据，设计表格，记录数据。碰撞有各种不同的方式，要达到一个共性的规律，各种碰撞都应该涉及。但斜碰又不好操作，所以本实验只研究了一维碰撞的各种情况：不同质量的物体间的碰撞；不同能量损耗的碰撞。使同学们有一个动量守恒定律普遍适用的印象。 实验数据的处理方法是实验的一个重要目的，所以最后设计了一个典例探究，考查、训练学生的处理数据的能力。 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，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变(守恒)． 如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度α，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角． 如果mA=mB,碰后A球静止,B球摆角β=α,这说明A、B两球碰后交换了速度. 如果mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动. 如果mA<mB，碰后A球反弹、B球向右摆动． 以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同． 一维碰撞： 碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。 1、探究的碰撞类型 实验成功的先决条件 2．追寻不变量 在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度． 设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1’、v2’． 规定某一速度方向为正． 碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测： ①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”． ②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量． 用天平测量物体的质量； 测量两个物体在碰撞前后的速度． 速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件． 3、实验数据的测量 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。 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。 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。 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。 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； 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。 经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的