浙江省高考物理總復(fù)習(xí) 第13章 實(shí)驗(yàn)十五探究碰撞中的不變量課件 大綱人教版

實(shí)驗(yàn)十五探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)十五探究碰撞中的不變量過(guò)程分析導(dǎo)引過(guò)程分析導(dǎo)引實(shí)驗(yàn)典例精析實(shí)驗(yàn)典例精析知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)十十五五探探究究碰碰撞撞中中的的不不變變量量知識(shí)要點(diǎn)歸納知識(shí)要點(diǎn)歸納知識(shí)要點(diǎn)歸納知識(shí)要點(diǎn)歸納實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)2驗(yàn)證一維碰撞中的動(dòng)量守恒驗(yàn)證一維碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后和碰撞前后物體的速率物體的速率v、v，找出碰撞前的動(dòng)量，找出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2，看，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒碰撞前后動(dòng)量是否守恒實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè)兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套兩套)、鐵架臺(tái)、天平、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等量角器、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、小方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車車(兩個(gè)兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥、天平、撞針、橡皮泥方案四：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩方案四：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平一臺(tái)、個(gè)、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平一臺(tái)、刻度尺、圓規(guī)刻度尺、圓規(guī)過(guò)程分析導(dǎo)引過(guò)程分析導(dǎo)引一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程方案一：用氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒方案一：用氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律定律圖圖1341實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)操作：1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量2安裝：按圖安裝：按圖1341正確安裝好氣墊導(dǎo)軌正確安裝好氣墊導(dǎo)軌3實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑改變滑塊的質(zhì)量，改變滑塊的初速度大小和方向塊的質(zhì)量，改變滑塊的初速度大小和方向)2驗(yàn)證動(dòng)量守恒驗(yàn)證動(dòng)量守恒把測(cè)得的質(zhì)量把測(cè)得的質(zhì)量m、速度、速度v填入下列表格，并進(jìn)行計(jì)算填入下列表格，并進(jìn)行計(jì)算.實(shí)驗(yàn)情景實(shí)驗(yàn)情景用弓形彈片彈開(kāi)用弓形彈片彈開(kāi)探究量探究量 質(zhì)量質(zhì)量(kg)速度速度(m/s)mv(kgm/s)碰撞前碰撞前m1v1m1v1m2v2m2v2碰撞后碰撞后m1v1m1v1m2v2m2v2方案二：用兩擺球碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案二：用兩擺球碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)操作：1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2.2安裝：按圖安裝：按圖1342把兩個(gè)等大小球用長(zhǎng)懸把兩個(gè)等大小球用長(zhǎng)懸線懸掛起來(lái)線懸掛起來(lái)3實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰下時(shí)它們相碰4改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)圖圖13422驗(yàn)證動(dòng)量守恒驗(yàn)證動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)情景實(shí)驗(yàn)情景小球的碰撞端粘膠布小球的碰撞端粘膠布探究量探究量質(zhì)量質(zhì)量速度速度mv碰撞前碰撞前m1v1m1v1m2v2m2v2碰撞后碰撞后m1v1m1v1m2v2m2v2方案三：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車的碰撞驗(yàn)證方案三：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律圖圖1343實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)操作：1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量2安裝：按圖安裝：按圖1343將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥橡皮泥3實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車A運(yùn)動(dòng)，小車運(yùn)動(dòng)，小車B靜止，靜止，兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)一體運(yùn)動(dòng)4改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)情景實(shí)驗(yàn)情景小車的碰撞端裝撞針與橡皮泥小車的碰撞端裝撞針與橡皮泥探究量探究量質(zhì)量質(zhì)量速度速度mv碰撞前碰撞前m1v1m1v1m2v2m2v2碰撞后碰撞后m1v1m1v1m2v2m2v2方案四：利用斜槽上滾下的小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案四：利用斜槽上滾下的小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2，并選定質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏虼蟮男∏驗(yàn)槿肷湫∏?按照?qǐng)D按照?qǐng)D1344所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整固定所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平斜槽使斜槽底端水平圖圖13443白紙?jiān)谙拢瑥?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好記下重垂線所指的位置好記下重垂線所指的位置O.4不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)高度處自由滾下，重復(fù)10次用圓規(guī)畫盡量小的次用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面圓心圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面圓心P就是小球就是小球落點(diǎn)的平均位置落點(diǎn)的平均位置5把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)10次用步驟次用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N.如如圖圖1345所示所示圖圖1345二、誤差分析二、誤差分析1系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求，系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求，即：即：(1)碰撞是否為一維碰撞碰撞是否為一維碰撞(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩否水平，兩球是否等大，長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩擦力擦力2偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度和速度v的測(cè)量的測(cè)量3改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：(1)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守恒的條件足動(dòng)量守恒的條件(2)采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差三、注意事項(xiàng)三、注意事項(xiàng)1前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平水平”和和“正正碰碰”2方案提醒：方案提醒：(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)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)在同一豎直面內(nèi)拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)(3)若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)木板下墊一小若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)木板下墊一小木片用以平衡摩擦力木片用以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平斜槽末端的切線必須水平把被碰小球放在斜槽末端把被碰小球放在斜槽末端入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放釋放選質(zhì)量較大的小球作為入射小球選質(zhì)量較大的小球作為入射小球?qū)嶒?yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變置要始終保持不變3探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變況下都不改變實(shí)驗(yàn)典例精析實(shí)驗(yàn)典例精析用兩擺球碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律用兩擺球碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 某同學(xué)利用如圖某同學(xué)利用如圖1346所所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，圖中示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，圖中兩擺擺長(zhǎng)相同，懸掛于同一高度，兩擺擺長(zhǎng)相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為兩擺球均很小，質(zhì)量之比為1 2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其側(cè)面剛好接觸向右上方拉動(dòng)其側(cè)面剛好接觸向右上方拉動(dòng)B球使其擺線伸直并與豎直方向成球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放角，然后將其由靜止釋放圖圖1346結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng)，且最大擺角為結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng)，且最大擺角為30.若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為4%，此實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)是否成功地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律？是否成功地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律？【解析解析】設(shè)擺球設(shè)擺球A、B的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為mA、mB，擺長(zhǎng)為擺長(zhǎng)為l，B球的初始高度球的初始高度h1，碰撞前，碰撞前B球的速度球的速度為為vB.在不考慮擺線質(zhì)量的情況下，根據(jù)題意及機(jī)在不考慮擺線質(zhì)量的情況下，根據(jù)題意及機(jī)械能守恒定律得械能守恒定律得h1l(1cos45)【答案】見(jiàn)解析【答案】見(jiàn)解析 (2009年高考四川卷年高考四川卷)氣墊導(dǎo)軌氣墊導(dǎo)軌(如圖如圖1347)工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上阻力為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為放置兩個(gè)質(zhì)量均為a的滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別的滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率均為用電源的頻率均為b.氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖圖1348為某次實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的為某次實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間隔的一部分，在紙帶上以同間隔的6個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度為劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度為s1、s2和和s3.若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位，那么，碰若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為_(kāi)、_，兩滑塊的總動(dòng)量大小為，兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)；碰；碰撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)重復(fù)上述重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量實(shí)驗(yàn)，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證得到驗(yàn)證圖圖1347圖圖1348【答案】【答案】0.2abs10.2abs30.2ab(s1s3)0.4abs2