第十六章 动量守恒定律 探究碰撞中的不变量课件.pdf

第十六章动量守恒定律16.1探究碰撞中 的不变曷教学目标（一）知识与技能1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路.2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的 测量方法.3、掌握实验数据处理的方法.（二）过程与方法1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究 方法。2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究 方法。（二）情感木府与价值即1、,过薪盘力案的设计，培养学生积极主动思考问题 的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的 科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解 决问题，提高匐新意识。3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达 能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的 关联性，使自己溶入社会。.教学重点碰撞中的木变量的探究 教学难点 实验数据而处理.教学方法 教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。.教学用具：投影片，接赢体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的 实验器材，如气垫导轨、滑块等通过小球摆起的角度 可以知道碰撞时的速度想像远比知识重要，知识有涯，而想像能环抱整个世界。爱因斯坦这些看起来天壤之别的运动，遵从着一条相同的科学规律动量守恒定律。最简单的碰撞一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰 撞后仍沿同一直线运动.在一维碰撞的情况下与物体运动有关 的量只有物体的质量m和物体的速度v.碰撞前后物体质量不变，但质量并不 描述物体的运动状态，不是我们适寻的“不 变量”.必须在各种碰撞的情况下都不改变 的量，才是我们追寻的不变量.猜想:实验条件的保证、实验数据的测量1.实验必须保证碰撞是一维的2.用天平测量物体的质量；3.测量两个物体在碰撞前后的速度.速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器 和纸带等来达到实验目的和控制实验条件.探究碰撞中的不变量探究方案一:气垫导轨、光电门挡光板的宽度设为Ax.穿过后所用时间为At,则 滑块相当于在Ax的位移上运动了时间3所以滑块 匀速运动的速度丫=Ax/At.探究碰撞中的不变量探究方案一:气垫导轨、光电门厘码简、/颗Q GO 0 空外并fit睫拯23丞m 定离生切儿小八定离J夬实验步骤方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1.测质量：用天平测出滑块质量.2.安装：正确安装好气垫导轨，保证底座水平。3.实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块 各种情况下碰撞前后的速度（改变滑块的质量，改变 滑块的初速度大小和方向）.4.验证：一维碰撞中的动量守恒.利用气垫导轨进行实验的几种情况甲乙丙注意事项1,碰撞有很多情形,我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下 都不改变,才符合要求.2,保证两物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前沿同一直 线运动，碰撞后仍沿同一直线运动.3 若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时,注意利用水平 仪确保导轨水平.4 若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后,两条摆线应在同一竖 直面内.ml(g)=ml(g)=比较得出结论质量mi(kg)=0.1682m2(kg)=0.3187当光距离(m)0.030.03当光时间(ms)速度V1(m/ms)=V2(m/ms)=mvmM 二m2V2 二mv22 him=m2v22=v/mvi/m1=v2/m2=实验结论：在实验误差允许的范围内，碰撞系统的mv是不变的。矢量表达式：mAv1+m2v2=加一系统动量守恒定律思考本实验中误差的来源？有限的几次简单的测量是得不出普适性的物理规律的。只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都与事实一致 时，它才能成为一条定律。误差分析1,碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方 案时应保证碰撞为一维碰撞.2,是否满足动量守恒的条件是带来误差的又一个原因,实验中 要合理控制实验条件，尽量使实验中两物体的碰撞过程本 身满足动量守恒的条件.对采用多种碰撞情形的实验的理解探究碰撞中的物理规律,应具有普遍性，如果碰撞情形单一，得 出的结论可能是数据的巧合，也可能只适用于一种碰撞情 形，比如mv2这个量在有些情形中也是守恒的，但在另外一 些情形中就不守恒了.探究碰撞中的不变量探究方案二：摆球、量角器?尖龄算工如91T所示./I把两个小麻用我冬年来.一个小麻马止,UH另一个/二小球，放下时它知相友./二 十以测北小以敕拉般的角A,从而算出落下时的速度；/I;川米和也小球在乜的角度,从而耳出敕&后的说zt.Q6，也可以对贴及布丁方法增M小珑财的他全损失.；,：.：落，矍可以如I田配E及mB,碰后A、B两球一起向右摆动;OmA E打点计时器测速：测出相邻计数点间 的距离/X,可得速度为y=/x/t方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1.测质量：用天平测出两小车的质量.2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时 器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.3.实验：接通电源，让小车A运动，小车3静止，两车碰撞时撞针插入 橡皮泥中，把两小车连接成一体一起运动.4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由。=解算出速度.5.改变条件：改变碰撞条件，重复实验.6.验证：一维碰撞中的动量守恒P3需要考虑的问题：讨论操作和数据处理中的技术性问题(1)获得一维碰撞的方案利用气垫导轨实现两滑块发生一维 碰撞；利用等长悬线悬挂等大小球实现两球发生一维碰撞；利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。(2)数据采集方案：质量的测量：天平速度的测量方案三：小车速度的测量：v=Ax/加探究碰撞中的不变量探究方案四：斜槽小球平抛装置被碰小球白纸/_测速原理4为防止碰撞中A球O反弹，WmAmB斜槽末端切7向水平-X-pM p n平抛测速：测出碰撞前后各球落点到0间的距 离X。八xm、X0N,各球空中运动时间均相同,设为/t,可得速度为V=xop/t方案四：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验1.先用天平测出小球质量m1、m2.2.按图实一1所示那样安装好实验 装置，将斜槽固定在桌边，使槽 的末端点切线水平，调节实验装 置使两小球碰时处于同一水平高O N1PN图实一1度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线 平行，以确保正碰后的速度方向水平.3.在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸.4.在白纸上记下重垂线所指的位置。，它表示入射球ml碰 前的位置.5.先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈 在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点只6.把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚 下，使它发生正碰，重复10次，仿步骤5求出入射小球 落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置M7.过。和N在纸上作一直线.8.用刻度尺量出线段O/W、OP、ON的长度.把两小球的质量和相应的数值代入mi0P=miO/W+n?2OM看是否成立.9.整理实验器材放回原处.注意:1、斜槽末端的切线要水平;2、从同一高度释放小球；O M P N3、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度;4、能正确判断小球碰撞前后的落点(mFmz);5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置;1=0t.=/1h=2/tt.=3/t|测速原理5|bOIO 20 30 40 50 6070 80 90 1 OO 1 10 120 130cm_rxi m2,rA=r2C.降低碰撞实验器的高度D.入射小球释放点要适当高一点解析：入射小球质量要大于被碰小球质量，这样入射小球碰 后不反弹,释放点适当高些使入射小球碰前有较大速度.答案：BD2.在“碰撞中的动量守恒”实验中，入射球每次滚下都应从 斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使（）A小球每次都能水平飞出槽口B.小球每次都以相同的速度飞出槽口C,小球在空中飞行的时间不变D.小球每次都能对心碰撞解析：小球每次滚下都应从同一位置无初速释放，各力做功 情况相同，小球在斜槽末端速度相同.答案：B3,在“碰撞中的动量守恒具）有（）A.秒表C,刻度尺答案：BC实验中，需用的测量仪器（或工B.天平D.游标卡尺4.在“碰撞中的动量守恒”实验中，下列关于小球落点的说法，正确的是（）A.如果小球每次从同一点无初速释放，重复几次的落点一定是重合的B.由于偶然因素的存在，重复操作时的小球落点不重合是正常的，但落点应当比 较密集C.测定P点位置时，如果重复10次的落点分别为P2 P3Pi。，则OP应取 OPp OP2 OP3OPio的平均值，即OPi+OP2+OP3OP kJl 一10D,用半径尽量小的圆把P2.P3Pi。圈住，这个圆的圆心是入射小 球落点平均位置P解析：小球落点不可能严格重合，用最小圆法确定落点位置.答案：BD5.在用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m#被碰球b的 质量为m2,小球的半径为r,各小球的落地 点如图所示，下列关于这个实验的说法正确 的是（）0 M P NA,入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B,让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下C.要验证的表达式是m.ON=+m2OPD.要验证的表达式是 miOP=m.OM+m2ONE.要验证的表达式是 mi（OP-2r）=m1（OM-2r）+m2ON解析：在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止反弹或静止，故A错；入射球每次滚下必须从斜槽的 同一位置，保证每次碰撞都具有相同的初动量，故B错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式 为：m1dP=m1dM+m2OW，C、E错.1 1 乙答案：D典例某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中的不变 量”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使 之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘 合成一体，继续做匀速运动.他设计的具体装置如图所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.长木板小九小壬A打个计时器多带O O橡皮泥I O cl-I 士W zzzzzzzzz/zzzz/zzzzzzzzz2/zz/r 小木片甲记录纸60 单位：（cm）70/米尺乙(1)碰撞后B球的水平射程应取为 647程4,2652)cm.(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：ABC(填选项号).A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到0点的距离BA球与B球碰撞后，测量A,B球落点位置到。点的距离C,测量A球和B球的质量(或两球质量之比)D,测量G点相对水平槽面的高度解析：本题考查到实验原理及数据的读取.(1)用圆规画最小的圆把10个落点圈在里面，圆心位置是小球 落点平均位置.(2)A,B选项测量了两球平抛运动的水平射程，有了水平射程才 能表示两球在碰撞前后的速率,而质量是必须测量的，所以 必须测量的是A,B，C.4.（2009 湖南娄底）利用如图所示的装置来验证“碰撞中的 动量守恒”，实验中：(1)入射小球的质量和被碰小球的质量m2的关系应为 in?(填或 V).(2)重垂线的作用是.(3)为减小实验的误差，在确定小球的落地位置时，采用 的做法是.答案:(1)(2)确定小球平抛运动的水平位移的起点(3)用半 径最小的圆将小球的落地位置包围起来，圆心即为小球的 平均落地位置