高中物理 第16章 第1節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修3-5.ppt

成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-5,動量守恒定律,第十六章,第一節(jié) 實驗：探究碰撞中的不變量,第十六章,碰撞是自然界中常見的現(xiàn)象。兩節(jié)火車車廂之間的掛鉤靠碰撞連接，臺球由于兩球的碰撞而改變運動狀態(tài)。微觀粒子之間更是由于相互碰撞而改變能量，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子。 碰撞前后會不會有什么物理量保持不變呢？,1.一維碰撞 兩個物體碰撞前沿_運動，碰撞后_運動。這種碰撞叫做一維碰撞。 2探尋守恒量 在一維碰撞的前提下，設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1、v2。,實驗的基本思路,同一直線,仍沿這條直線,實驗方案設(shè)計,寬度,光電門,單擺擺長,小車勻速,1.將以上三個實驗過程中測得的數(shù)據(jù)填入下表中 從上表中的三個關(guān)系中，找出碰撞前和碰撞后相等的關(guān)系量。,數(shù)據(jù)處理,一、實驗過程 1實驗器材 方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、彈簧片、細(xì)線、彈性碰撞架、膠片、撞針、橡皮泥等。 方案二：帶細(xì)線的擺球(兩個)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠片等。 方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥等。,2實驗步驟 不論采用哪種方案，實驗過程均可按實驗方案合理安排，參考步驟如下： (1)用天平測量相關(guān)的質(zhì)量； (2)安裝實驗裝置； (3)使物體發(fā)生碰撞； (4)測量或讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，計算出物體的速度； (5)改變碰撞條件重復(fù)上述3、4步； (6)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通過分析對比，找出碰撞中的不變量； (7)整理實驗器材。,二、注意事項 1保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞。即兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動。 2氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學(xué)儀器。切忌振動、重壓，嚴(yán)防碰傷和劃傷，禁止在不通氣的情況下將滑塊在軌面上滑磨。 3若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時注意應(yīng)利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。,4利用擺球進(jìn)行實驗時，可以將實驗儀器靠在一個大型的量角器上，這樣可以較準(zhǔn)確地讀出小球擺動的角度，以減小誤差。 5若利用擺球進(jìn)行實驗，兩小球靜止時球心應(yīng)在同一水平線上，以便對心碰撞，且剛好接觸時，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。 6碰撞有很多情形，我們追尋的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求。,三、誤差分析 1碰撞前后是否在一條直線上，與實驗設(shè)計有關(guān)。氣墊導(dǎo)軌很好地控制了兩個物體碰撞的一維性，其他兩個設(shè)計都存在碰撞不是嚴(yán)格的一維碰撞的問題，造成實驗的誤差。 2碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影響是帶來誤差的又一個重要原因，實驗中要合理控制實驗條件，盡量減小或避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度。 3測量及讀數(shù)的準(zhǔn)確性也是造成誤差的一個重要原因，實驗中要規(guī)范讀數(shù)和測量，盡量減小誤差因素的影響。 方案一相比之下較為準(zhǔn)確，研究的項目也可以更多一些。,某同學(xué)運用以下實驗器材，設(shè)計了一個碰撞實驗來尋找碰撞前后的不變量：打點計時器、低壓交流電源(頻率為50Hz)、紙帶、表面光滑的長木板、帶撞針的小車A、帶橡皮泥的小車B、天平。 該同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下： A用天平測出小車A的質(zhì)量為mA0.4kg、小車B的質(zhì)量為mB0.2kg B更換紙帶重復(fù)操作三次,探究一維碰撞中的不變量,C小車A靠近打點計時器放置，在車后固定紙帶，把小車B放在長木板中間 D把長木板平放在桌面上，在一端固定打點計時器，連接電源 E接通電源，并給小車A一定的初速度vA (1)請將以上步驟按操作的先后順序排列出來_。 (2)打點計時器打下的紙帶中，比較理想的一條如圖所示，根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。,解析：(1)按照先安裝，后實驗，最后重復(fù)的順序，該同學(xué)正確的實驗步驟為ADCEB。 (2)碰撞前后均為勻速直線運動，由紙帶上的點跡分布求出速度。碰后小車A、B合為一體，求出AB整體的共同速度。注意打點計時器的頻率為50Hz，打點時間間隔為0.02s，通過計算得下表。,(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mAvAmBvB(mAmB)v。 答案：(1)ADCEB (2)見解析 (3)mAvAmBvB(mAmB)v,(青州市實驗中學(xué)20142015學(xué)年高二下學(xué)期期中)在用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實驗時，左側(cè)滑塊質(zhì)量m1170 g，右側(cè)滑塊質(zhì)量m2110 g，擋光片寬度為3.00 cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線連在一起，如圖所示。,(河北邢臺一中20142015學(xué)年高二下學(xué)期檢測)某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找守恒量，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G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G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(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，,實驗創(chuàng)新,(1) 碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_cm。 (2)若mv為守恒量，在以下選項中，哪些是本次實驗必須進(jìn)行的測量( ) 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(zhì)量 E測量G點相對于水平槽面的高度,(3)實驗中，對入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是_。 A釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準(zhǔn)確 C釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內(nèi)力越大，阻力的影響相對越小，誤差越小 D釋放點越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?，軌道對被碰小球的阻力越?解析：(1)將10個點圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點，可由刻度尺測得碰撞后B球的水平射程為64.7cm，因最后一位數(shù)字為估計值，允許誤差0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正確的。 (2)從同一 高度做平拋運動飛行的時間t相同，而水平方向為勻速運動，故水平位移svt，所以只要測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，證明mAOP與mAOMmBON是否相等，即可以說明兩個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，故必須測量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項A、B、D是必須進(jìn)行的測量。,(3)入射球的釋放點越高，入射球碰撞前的速度越大，相撞時作用力越大，阻力的影響相對越小，也有利于減小測量水平位移時的相對誤差，從而使實驗的誤差減小，故A、B、D錯誤，C正確。 答案：(1)64.7cm(64.664.8cm均可) (2)ABD (3)C 點評：該題中利用平拋運動的規(guī)律，巧妙的提供了一種測量碰撞前后的速度的方法，既方便又實用。,某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，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，觀察物體的運動情況，進(jìn)行必要的測量，探究物體間相互作用時的守恒量。 (1)該同學(xué)還必須有的器材是_； (2)需直接測量的數(shù)據(jù)是_； (3)若mv為所探究的守恒量，需要驗算的表達(dá)式如何表示？_。,答案：(1)刻度尺 天平 (2)兩木塊的質(zhì)量m1、m2和兩木塊落地點分別到桌子兩側(cè)邊的水平距離x1、x2 (3)m1x1m2x2,