2017人教版高中物理选修3-5（课件+检测）:16.1实验探究碰撞中的不变量 （2份打包）

1实验:探究碰撞中的不变量 目标导航 学习目标 1.能列举生产、生活中的碰撞现象。 2.能说出探究一维碰撞中不变量的基本思路。 3.学会同一条直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法。 重点难点 重点:经历寻找碰撞中不变量的过程。 难点:设计不同的实验寻找守恒量。 激趣诱思 如图,两位同学在公园里划船,租船时间将到,她们把小船划向码头。当小船离码头大约1.5 m左右时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳远的成绩从未低于2 m,跳到岸上绝对没有问题。于是她纵身一跳,结果却掉到了水里。她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢? 简答:因为她起跳时和船相互作用,将给船一个向后的作用力,船后退,这样她相对于码头的速度会比她起跳时相对于船的速度小。因此,她会掉进水里。 预习导引 一、实验目的 探究一维碰撞中的守恒量。 二、实验的基本思路 1.碰撞中的特殊情况——一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动,这种碰撞叫作一维碰撞。在这种碰撞中,与物体运动有关的物理量有物体的质量和速度。 2.追寻不变量 猜想:一维碰撞前后不变的物理量可能有以下几种情况: (1)碰撞前后的不变量可能是速度和质量的乘积之和:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'; (2)可能是质量与速度二次方的乘积之和: m1+m2=m1v1'2+m2v2'2; (3)可能是物体的速度与自己质量的比值之和: 。 其中质量的测量用天平,速度的测量在不同实验方案中有不同的方法。 预习交流1 教材中所提出的三个实验方案中,速度的测量方法有什么不同? 答案:方案一:利用速度公式v=; 方案二:利用机械能守恒mgl(1-cos θ)=mv2; 方案三:利用纸带上的点迹,用平均速度求。注意应选匀速运动部分,即纸带上点迹分布均匀的部分求速度。 三、实验器材与步骤 1.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、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案二:带细线的摆球(两个)、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、橡皮泥等。 2.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)用天平测量相关器材的质量; (2)安装实验装置; (3)使物体发生一维碰撞; (4)测量或读出有关数据,计算出物体的速度; (5)改变碰撞条件,重复上述(3)(4)步; (6)进行数据处理,通过分析对比,找出碰撞中的不变量; (7)整理实验器材。 预习交流2 在实验中应注意哪些问题? 答案:(1)保证两个物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前后在一条直线上。 (2)若用气垫导轨进行实验,调整轨道水平,可用水平仪测量。 (3)若利用摆球做实验,两个小球静止时应在同一水平线上,且刚刚接触,摆线竖直,将小球拉起后,两摆线应在同一竖直平面内。 一、　探究一维碰撞中不变量的基本方法 知识精要 为了探究碰撞中的不变量,需将实验中测得的物理量填入如下表格 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2 速度 v1 v2 v1' v2' mv m1v1+m2v2 m1v1'+m2v2' 碰撞前 碰撞后 mv2 m1+m2 m1v1'2+m2v2'2 (1)在方案一中,利用气垫导轨测速度,运用 v=(Δx为挡光片宽度,Δt为光电计时器显示挡光片经过光电门时间)。 (2)在方案二中,利用单摆拉起角度θ,利用机械能守恒定律mgl(1-cos θ)=mv2计算出v(式中l是摆长,m是摆球质量)。 (3)在方案三中,利用纸带测速度,由v=(Δx为纸带上两计数点间距,Δt为通过两计数点所用的时间)。 (4)实验结果看上述表中哪种关系式在碰撞前后不变(在误差允许范围内),从而探究出碰撞中的不变量是什么。 思考探究 如图甲,用细线将两个滑块拉近,把弹簧压缩,然后烧断细线,弹簧弹开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动。我们可以利用光电计时器记录滑块穿过光电门时挡光片的挡光时间,从而求出滑块速度,讨论不变的量。这是教材参考案例一提供的方法,但同时案例一还给出乙、丙两图对应的实验情况来进一步寻找不变量,这样做的目的是什么? 答案:碰撞时难免有能量损失。在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)可以得到能量损失很小的碰撞。如果在两个滑块的碰撞端面上分别装上撞针和橡皮泥(图丙),碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连成一体运动,这样的碰撞中能量损失很大,只有在能量损失情况不同的实验中都不变的量,才有可能是我们要寻找的不变量。 典题例解 【例1】 为了研究碰撞,实验可以在气