河北省滄州市頤和中學(xué)高二物理 動(dòng)量1導(dǎo)學(xué)案

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1、 課題 探究碰撞中不變量 課型 ·【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 （1）明確探究碰撞中的不變量的基本思路； （2）掌握同一條直線上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測(cè)量方法； （3）掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法。 【自主探究】 1.光滑桌面上有1、2兩個(gè)小球。1球的質(zhì)量為0.3Kg，以8m/s的速度跟質(zhì)量為0.1kg的靜止的2球碰撞，碰撞后2球的速度變?yōu)?m/s，1球的速度變?yōu)?m/s，方向與原來相同。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，以上兩項(xiàng)猜想是否成立： （1）通過計(jì)算說明，碰撞后是否是1球把速度傳給了2球？ （2）通過計(jì)算說明，碰撞后是否是1球把動(dòng)能傳給了2球？ （3）請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)猜

2、想在這次碰撞中什么物理量不變，通過計(jì)算加以驗(yàn)證。 【典型例題】 A、B兩滑塊在同一光滑的水平直導(dǎo)軌上相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞(碰撞時(shí)間極短)。用閃光照相，閃光4次攝得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時(shí)間間隔為Δt，而閃光本身持續(xù)時(shí)間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范圍內(nèi)，且第一次閃光時(shí)，滑塊A恰好通過x=55cm處，滑塊B恰好通過x=70cm處，問： (1)碰撞發(fā)生在何處? (2)碰撞發(fā)生在第一次閃光后多長(zhǎng)時(shí)間? (3)設(shè)兩滑塊的質(zhì)量之比為mA：mB=2：3，試分析碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是否相等? 【問題思考】 在探究碰撞中的不變量時(shí)，你認(rèn)為在計(jì)算時(shí)

3、怎樣對(duì)待速度的方向？ 【針對(duì)訓(xùn)練】 1．在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，為了順利地完成實(shí)驗(yàn)，入射球質(zhì)量為m1，被碰球質(zhì)量為m2，二者關(guān)系應(yīng)是( ) A．m1>m2 B．m1=m2 C． m1

4、撞前的速度大小分別為________、_________。若碰撞后向同一方向運(yùn)動(dòng)最大偏角分別為α，和β，，則碰撞后兩球的瞬時(shí)速度大小分別為___________、______________。 4．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)．然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力． (1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖所示，并將測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選________

5、段來計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選_______段來計(jì)算A和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB’’或“BC"或“CD"或"DE”)． (2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1=0．40kg，小車B的質(zhì)量m2=0．20kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前mAvA+mBvB=_____kg·m／s；碰后mAvA’+mBvB’=______kg·m／s．并比較碰撞前后兩個(gè)小車質(zhì)量與速度的乘積之和是否相等． 5．某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找碰撞中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置C由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得

6、到10個(gè)落點(diǎn)痕跡，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置C由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次，圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)，P，為未放被碰小球B時(shí)A球的平均落點(diǎn)，M為與B球碰后A球的平均落點(diǎn)，N為被碰球B的平均落點(diǎn)．若B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊．(注意MA>MB) (1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_______cm (2)在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量?答：_________ (填選項(xiàng)號(hào))． A．水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離

7、 B．A球與B球碰撞后，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C．測(cè)量A球或B球的直徑 D．測(cè)量A球和B球的質(zhì)量 E．測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度 6．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖(b)所示，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。 (1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： ①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； ②向氣墊導(dǎo)軌通

8、人壓縮空氣；③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；④滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；⑥先____，然后_______，讓滑塊1帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如下圖所示：⑧測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g；試完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容。 (2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0．02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為 kg·m／s；兩滑塊相互作

9、用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為______kg·m／s(保留三位有效數(shù)字)。 (3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是___________________________。 【典型例題】 .答案：（1）60cm（2）Δt/2（3）碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和相等. 【針對(duì)訓(xùn)練】 1.D 2.C3. [2gl(1-cosα)]1/2 [2gl(1-cosβ)]1/2 [2gl(1-cosα/)]1/2 、 [2gl(1-cosβ/)]1/2 4. [解析] (1)小車A碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打在紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車碰前速度

10、應(yīng)選BC段；CD段上所打的點(diǎn)由稀變密；可見在CD段A、B兩小車相互碰撞．A、B撞后一起做勻速運(yùn)動(dòng)，所打出的點(diǎn)又應(yīng)是間距均勻的．故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后速度． (2)碰前mAvA十mBVB==0.420kg·m/s． 碰后 mAvA/十mBvB’=(mA十mB)v=0．417kg·m／s． 其中，vA=BC/Δt=1．05m／s。 vA’=vB’= DE/Δt = 0．695m／s． 通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車的mv之和是相等的． [答案] (1)BC DE (2)0．420 0．417 [點(diǎn)評(píng)] 此題是根據(jù)1998年上海高考題改編的，原題為驗(yàn)證碰

11、撞過程中動(dòng)量守恒，這里結(jié)合所學(xué)內(nèi)容將說法稍作變動(dòng)．此題的關(guān)鍵是選擇紙帶上的有效段，”理解為桿么要選擇這樣的有效段(勻速運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)應(yīng)均勻)． 5. [解析] (1)將l0個(gè)點(diǎn)圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點(diǎn)，可由刻度尺測(cè)得碰撞后B球的水平射程約為64．7cm． (2)從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)飛行的時(shí)間t相同，而水平方向?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，故水平位移s=vt，所以只要測(cè)出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移代替平拋初速度，亦即碰撞前后的速度，通過計(jì)算mA·OP，與mA·OM+mB·ON是否相等，即可以說明兩個(gè)物體碰撞前后各自的質(zhì)量與其速度的乘積之和是否相等，故必須測(cè)量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項(xiàng)A、B、D是必須進(jìn)行的測(cè)量。 [答案] (1)64．7cm(64．2-65．2cm均可)；(2)A、B、D [點(diǎn)評(píng)] 本題是2000年全國(guó)高考題，該題中利用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，巧妙地提供了一種測(cè)量碰撞前后的速度的方法，既方便又實(shí)用。 6. 先 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 ，然后 放開滑塊1 0.620 0.618 紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位空有摩擦