2018-2019版物理新导学笔记选修3-5（实用课件+精致讲义+优选习题）江苏专用版：第十六章　动量守恒定律 (共15份打包)

1　实验：探究碰撞中的不变量 [学习目标]　1.探究碰撞中的不变量之间的关系.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.3.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式． 一、实验原理 1．两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动．这种碰撞叫做一维碰撞． 2．实验的基本思路：寻求不变量 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′，如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致，取正值，反之则取负值．探究以下关系式是否成立： (1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′； (2)m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2； (3)＋＝＋. 二、实验方案设计 方案1：利用气垫导轨结合光电门的实验探究 (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． (3)碰撞情景的实现：如图1所示，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，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量． 图1 (4)器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平． 方案2：利用摆球结合机械能守恒定律的实验探究 (1)所需测量量：悬点至球心的距离l，摆球被拉起(碰后)的角度θ，摆球质量m(两球质量可相等，也可不等)． 图2 (2)速度的计算：v＝. (3)碰撞情景的实现：如图2所示，用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失． (4)器材：带细线的摆球(两套)、铁架台、量角器、坐标纸、胶布． 方案3：利用“光滑”水平面结合打点计时器 (1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx，小车经过Δx所用的时间Δt，小车质量m. (2)速度的计算：v＝. (3)碰撞情景的实现：如图3所示，A运动，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． 图3 (4)器材：长木板、小木块、打点计时器、纸带、刻度尺、小车(两个)、撞针、橡皮泥． 方案4：利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行的实验探究 如图4甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动． 图4 (1)质量的测量：用天平测量质量． (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等．如果用小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度．只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离x1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离x1′和x2′.就可以表示出碰撞前后小球的速度． (3)碰撞情景的实现：①不放被碰球，让入射球m1从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移x1. ②在斜槽水平末端放上被碰球m2，让m1从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移x1′、x2′. ③探究m1x1与m1x1′＋m2x2′在误差范围内是否相等． (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球(入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2)、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规． 三、实验步骤 不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测出相关质量． 2．安装实验装置． 3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格． 4．改变碰撞条件，重复实验． 5．通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量． 6．整理器材，结束实验． 四、数据处理 将实验中测得的物理量填入下表，物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号． 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2 速度 v1 v2 v1′ v2′ mv m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ mv2 m1v12＋m2v22 m1v1′2＋m2v2′2 ＋ ＋ 其他 猜想 … … 通过研究以上实验数据，找到碰撞前后的“不变量”． 五、注意事项 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，碰撞后仍沿这一直线运动． 2．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时要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．碰撞有很多情况，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． 一、利用气垫导轨结