高中物理 16.1實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量（精講優(yōu)練課型）課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十六章動(dòng)量守恒定律1實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 明確探究碰撞中的不變量的基本思路 2 探究一維碰撞中的不變量 實(shí)驗(yàn)原理 1 一維碰撞 兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng) 碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng) 也就是做一維碰撞 2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 方案一 用氣墊導(dǎo)軌完成兩個(gè)滑塊的一維碰撞實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 不同的質(zhì)量可以通過(guò)在滑塊上加重物的辦法實(shí)現(xiàn) 1 質(zhì)量的測(cè)量 用天平測(cè)量 2 速度的測(cè)量 v 式中的 x為滑塊上擋光板的寬度 t為數(shù)字計(jì)時(shí)顯示器顯示的滑塊擋板經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間 3 各種碰撞情景 滑塊上裝彈性片 貼膠布或橡皮泥等 達(dá)到碰撞后彈開(kāi)或粘在一起的效果 在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架 如圖甲 可以得到能量損失很小的碰撞 在滑塊的碰撞端貼膠布 可以增大碰撞時(shí)的能量損失 如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝撞針和橡皮泥 碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中 把兩個(gè)滑塊連接成一體運(yùn)動(dòng) 圖乙 這樣的碰撞中能量損失很大 如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣 碰撞時(shí)它們也會(huì)連成一體 利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的兩種情況 方案二 利用等長(zhǎng)懸繩懸掛等大小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 把兩個(gè)小球用細(xì)線懸起來(lái) 一個(gè)小球靜止 拉起另一個(gè)小球 放開(kāi)后它們相碰 1 質(zhì)量的測(cè)量 用天平測(cè)量 2 速度的測(cè)量 可以測(cè)量小球被拉起的角度 計(jì)算出碰撞前小球的速度 測(cè)量被撞小球擺起的角度 計(jì)算碰撞后的速度 3 可采用在小球上貼膠布的方式來(lái)改變碰撞中的能量損失 方案三 利用小車(chē)在光滑桌面碰撞另一個(gè)靜止的小車(chē)實(shí)現(xiàn)一維碰撞情況靜止的小車(chē)上裝上橡皮泥 運(yùn)動(dòng)的小車(chē)上裝上撞針 讓它們碰撞后粘在一起 1 質(zhì)量的測(cè)量 用天平測(cè)量 2 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車(chē)碰撞前后的運(yùn)動(dòng)情況 根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡求速度 實(shí)驗(yàn)器材 方案一 氣墊導(dǎo)軌 光電計(jì)時(shí)器 天平 滑塊 兩個(gè) 重物 彈簧片 細(xì)線 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥等 方案二 帶細(xì)線的擺球 兩個(gè) 鐵架臺(tái) 天平 量角器 坐標(biāo)紙 膠布等 方案三 光滑長(zhǎng)木板 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 小車(chē) 兩個(gè) 天平 撞針 橡皮泥等 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 不論采用哪種方案 實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排 參考步驟如下 1 用天平測(cè)量相關(guān)碰撞物體的質(zhì)量m1 m2 填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中 2 安裝實(shí)驗(yàn)裝置 3 使物體發(fā)生碰撞 4 測(cè)量或讀出碰撞前后相關(guān)的物理量 計(jì)算對(duì)應(yīng)的速度 填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中 5 改變碰撞條件 重復(fù)步驟 3 4 6 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 通過(guò)分析比較 找出碰撞中的 不變量 7 整理器材 結(jié)束實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)用的表格 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差 1 碰撞是否為一維碰撞 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞 2 碰撞中其他力 例如 摩擦力 空氣阻力等 的影響帶來(lái)的誤差 實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件 避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度 2 偶然誤差 測(cè)量和讀數(shù)的準(zhǔn)確性帶來(lái)的誤差 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)范測(cè)量和讀數(shù) 同時(shí)增加測(cè)量次數(shù) 取平均值 盡量減小偶然誤差的影響 注意事項(xiàng) 1 前提條件 碰撞的兩物體應(yīng)保證發(fā)生的是一維碰撞 即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng) 碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng) 2 方案提醒 1 若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí) 注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 2 若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi) 3 探究結(jié)論 尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變 才符合要求 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理 典例1 某同學(xué)運(yùn)用以下實(shí)驗(yàn)器材 設(shè)計(jì)了一個(gè)碰撞實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找碰撞前后的不變量 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 低壓交流電源 頻率為50Hz 紙帶 表面光滑的長(zhǎng)木板 帶撞針的小車(chē)A 帶橡皮泥的小車(chē)B 天平 該同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下 A 用天平測(cè)出小車(chē)A的質(zhì)量為mA 0 4kg 小車(chē)B的質(zhì)量為mB 0 2kgB 更換紙帶重復(fù)操作三次C 小車(chē)A靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置 在車(chē)后固定紙帶 把小車(chē)B放在長(zhǎng)木板中間D 把長(zhǎng)木板平放在桌面上 在一端固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 連接電源E 接通電源 并給小車(chē)A一定的初速度vA 1 請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái) 2 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶中 比較理想的一條如圖所示 根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表 3 根據(jù)以上數(shù)據(jù)猜想碰撞前后不變量的表達(dá)式為 正確解答 1 按照先安裝 后實(shí)驗(yàn) 最后重復(fù)的順序 該同學(xué)正確的實(shí)驗(yàn)步驟為ADCEB 2 碰撞前后均為勻速直線運(yùn)動(dòng) 由紙帶上的點(diǎn)跡分布求出速度 碰后小車(chē)A B合為一體 求出AB整體的共同速度 注意打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz 打點(diǎn)時(shí)間間隔為0 02s 通過(guò)計(jì)算得下表 3 由表中數(shù)值可看出mv一行中數(shù)值相同 可猜想碰撞前后不變量的表達(dá)式為mAvA mBvB mA mB v 答案 1 ADCEB 2 見(jiàn)正確解答 3 mAvA mBvB mA mB v 熱點(diǎn)二創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 典例2 某同學(xué)把兩個(gè)大小不同的物體用細(xì)線連接 中間夾一被壓縮的彈簧 如圖所示 將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上 燒斷細(xì)線 觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況 進(jìn)行必要的測(cè)量 探究物體間相互作用時(shí)的不變量 1 該同學(xué)還必須有的器材是 2 需要直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是 3 根據(jù)課堂探究的不變量 本實(shí)驗(yàn)中表示碰撞前后不變量的表達(dá)式應(yīng)為 正確解答 物體離開(kāi)桌面后做平拋運(yùn)動(dòng) 取右邊物體的初速度方向?yàn)檎较?設(shè)兩物體質(zhì)量和平拋初速度分別為 m1 m2 v1 v2 平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移分別為x1 x2 平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t 需要驗(yàn)證的方程 0 m1v1 m2v2 其中 v1 v2 代入得到m1x1 m2x2 故需要測(cè)量?jī)晌矬w的質(zhì)量m1和m2 兩物體落地點(diǎn)到桌面邊緣的水平距離為x1 x2 需要的器材為刻度尺 天平 答案 1 刻度尺 天平 2 兩物體的質(zhì)量m1 m2 兩物體落地點(diǎn)分別到桌面邊緣的水平距離x1 x2 3 m1x1 m2x2