江西省宜春市宜春中學高中物理 第16章第1節(jié)《實驗 探究碰撞中的不變量》導學案 新人教版選修3-5（通用）

江西省宜春市宜春中學高中物理 第16章第1節(jié)實驗 探究碰撞中的不變量導學案 新人教版選修3-5 【知識要點】1設計思想：新教科書關于動量的教學，與過去相比變化很大。突出了兩點：體現(xiàn)學習中的探究精神；強調物理學中“不變量”的思想。編者的邏輯線索與特級教師黃國龍新課程背景下物理探究教學模式理論一脈相承。基于學習并體會“科學探究”與“實驗探究”這兩種教學模式相結合的實踐活動。通過實驗情境從特殊到一般化探究，讓學生體驗碰撞中不變量的猜想認知過程；讓學生在實驗探究引導和實踐中收獲“不變量的猜想”成果，體驗學習探究過程，了解碰撞前后物塊速度的獲得方法，發(fā)展對學科的興趣與熱情，培養(yǎng)實驗探究能力和交流協(xié)作能力。2設計元素：嘗試改造實驗案例二運用于引導探究式實驗教學，改進了實驗教材書中學生定量探究實驗的數據記錄方法?！绢A習導航，要點指津】（約10分鐘）一、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質量和碰撞前后的速度，探究碰撞中的不變量。二、實驗器材方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二：斜槽，大小相等、質量不同的小鋼球兩個，重垂線一條，白紙，復寫紙，天平一臺，刻度尺，圓規(guī)。三、實驗步驟方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗1測質量：用天平測出滑塊質量。2安裝：正確安裝好氣墊導軌。3實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質量；改變滑塊的初速度大小和方向)。4探究一維碰撞中的不變量。方案二：利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗1先用天平測出小球質量m1、m2。2按如圖所示安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點切線水平，調節(jié)實驗裝置使兩小球碰時處于同一水平高度，且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行，以確保正碰后的速度方向水平。3在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪復寫紙。4在白紙上記下重垂線所指的位置O。5先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點P。6把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它發(fā)生正碰，重復10次，仿步驟5求出入射小球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N。7過O和N在紙上作一直線。8由于小球運動時間相等，線段OM、OP、ON的長度可以表示小球碰撞前后的速度值，進而探究碰撞中的不變量。9整理實驗器材放回原處。四、注意事項1前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。2方案提醒：(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平。(2)若利用斜槽小球碰撞應注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質量較大的小球作為入射小球；實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。3探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變?！咀灾魈剿鳎毩⑺伎肌浚s10分鐘）【題例】 如圖，用“碰撞實驗器”可以探究碰撞中的不變量。實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量_(填選項前的符號)，間接地解決這個問題。A小球開始釋放高度hB小球拋出點距地面的高度HC小球做平拋運動的射程圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測出平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于拋道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復。接下來要完成的必要步驟是_。(填選項前的符號)A用天平測量兩個小球的質量m1、m2B測量小球m1開始釋放高度hC測量拋出點距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE測量平拋射程OM、ON若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為_用中測量的量表示；若碰撞是彈性碰撞，那么還應滿足的表達式為_用中測量的量表示?！拘〗M合作探究，議疑解惑】（約10分鐘）1在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，為了順利地完成實驗，入射球質量為m1，被碰球質量為m2，二者關系應是( )Am1>m2 Bm1=m2 C m1<m2 D以上三個關系都可以2兩球相向運動，發(fā)生正碰，碰撞后兩球均靜止，于是可以斷定，在碰撞以前 ( )A兩球的質量相等 B兩球的速度大小相同C兩球的質量與速度的乘積之和的大小相等 D以上都不能斷定，3在“探究驗證”的實驗一中，若繩長L，球1、2分別由偏角和靜止釋放，則在最低點碰撞前的速度大小分別為 、 。若碰撞后向同一方向運動最大偏角分別為，和，則碰撞后兩球的瞬時速度大小分別為 、 。4某同學設計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動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)做勻速運動，他設計的具體裝置如圖所示在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力 (1)若已得到打點紙帶如圖所示，并將測得的各計數點間距離標在圖上，A點是運動起始的第一點，則應選 段來計算A的碰前速度，應選 段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB或“BC"或“CD"或"DE”) (2)已測得小車A的質量m1=040kg，小車B的質量m2=020kg，由以上測量結果可得：碰前mAv+mBv。= kg·ms；碰后mAvA，+mBvB，= kg·ms并比較碰撞前后兩個小車質量與速度的乘積之和是否相等【展示你的收獲】（約3分鐘）【重、難、疑點評析】（約7分鐘）【達標檢測】（約7分鐘）5某同學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，實驗時先使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，重復上述操作10次，得到10個落點痕跡，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痕跡，重復這種操作10次，圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點，P，為未放被碰小球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點若B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零點與O點對齊(注意MA>MB) (1)碰撞后B球的水平射程應為 cm (2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量?答： (填選項號)A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離C測量A球或B球的直徑 D測量A球和B球的質量E測量G點相對于水平槽面的高度6水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質量分別是06k g和02kgA車的車尾拉著紙帶，A車以某一速度與靜止的B車發(fā)生一維碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運動碰撞前后打點計時器打下的紙帶如圖所示根據這些數據，請猜想：把兩小車加在一起計算，有一個什么物理量在碰撞前后是相等的?7A、B兩滑塊在同一光滑的水平直導軌上相向運動發(fā)生碰撞(碰撞時間極短)。用閃光照相，閃光4次攝得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時間間隔為t，而閃光本身持續(xù)時間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范圍內，且第一次閃光時，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時間?(3)設兩滑塊的質量之比為mA：mB=2：3，試分析碰撞前后兩滑塊的質量與速度乘積之和是否相等?