高中物理第十六章动量守恒定律第一节实验：探究碰撞中的不变量课件新人教版选修3-.ppt

第十六章动量守恒定律动量守恒定律情情 景景 切切 入入碰碰撞撞是是自自然然界界物物体体间间发发生生作作用用的的一一种种常常见见的的方方式式。天天体体间间的的碰碰撞撞惊惊心心动动魄魄，微微观观粒粒子子间间的的碰碰撞撞又又悄悄无无声声息息，竞竞技技赛赛场场上上的的碰碰撞撞更更是是扣扣人人心心弦弦，高高速速喷喷出出的的流流体体也也能能对对物物体体施施加加作作用用，火火箭箭之之所所以以能能进进入入太太空空就就是是高高速速气气体体持持续续作作用用的的结结果。那么，物体间碰撞时遵循什么规律呢？果。那么，物体间碰撞时遵循什么规律呢？学学 法法 指指 导导1在在学学习习本本章章内内容容前前，应应注注意意复复习习运运动动学学和和动动力力学学的的有有关关知知识识，回回顾顾利利用用牛牛顿顿运运动动定定律律和和利利用用能能量量观观点点解解决决问问题题的的重重要要思思路路和和方方法法。学学习习中中应应注注意意探探究究过程，突出过程与方法的学习。过程，突出过程与方法的学习。2要要结结合合实实例例理理解解动动量量、冲冲量量、动动量量变变化化量量的的概概念念，通通过过做做适适量量练练习习题题巩巩固概念的内涵、感知概念的外延，这样才能真正掌握这些概念。固概念的内涵、感知概念的外延，这样才能真正掌握这些概念。3冲冲量量、动动量量是是矢矢量量，动动量量定定理理和和动动量量守守恒恒定定律律表表达达式式也也是是矢矢量量式式，它它们们的的运运算算遵遵从从平平行行四四边边形形定定则则，在在高高中中阶阶段段我我们们一一般般研研究究在在同同一一直直线线上上的的相相互互作作用用，这这样样的的矢矢量量运运算算是是同同一一直直线线上上的的矢矢量量运运算算，只只要要在在运运算算前前先先规规定定一一个个正正方方向，就可以把矢量运算转化为代数运算。向，就可以把矢量运算转化为代数运算。第一节实验：探究碰撞中的不变量第一节实验：探究碰撞中的不变量【素养目标定位素养目标定位】了解探究碰撞中的不了解探究碰撞中的不变变量的基本思路和量的基本思路和实验实验方法方法体体验验探究自然探究自然规规律的律的过过程程探究一探究一维维碰撞中的不碰撞中的不变变量量【素养思维脉络素养思维脉络】1 1课课前前预预习习反反馈馈2 2课课内内互互动动探探究究3 3核核心心素素养养提提升升4 4课课内内随随堂堂达达标标课前预习反馈课前预习反馈实验的基本思路实验的基本思路1一维碰撞一维碰撞两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿_运运动动，碰碰撞撞后后_运运动动。这这种碰撞叫做一维碰撞。种碰撞叫做一维碰撞。2探寻守恒量探寻守恒量在在一一维维碰碰撞撞的的前前提提下下，设设两两个个物物体体的的质质量量分分别别为为m1、m2，碰碰撞撞前前它它们们的的速速度分别为度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为，碰撞后的速度分别为v1、v2。同一直线同一直线知识点知识点 1仍沿这条直线仍沿这条直线m1v1m2v2m1v12m2v22实验方案设计实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如下图所示。实验装置如下图所示。知识点知识点 2宽度宽度光电门光电门方案二：利用等长悬绳挂等大的小球实现一维碰撞方案二：利用等长悬绳挂等大的小球实现一维碰撞实实验验装装置置如如图图所所示示。把把两两个个小小钢钢球球用用线线悬悬起起来来，一一个个小小球球静静止止，拉起另一个小球，放开后它们相碰。拉起另一个小球，放开后它们相碰。单摆摆长单摆摆长小车匀速小车匀速课内互动探究课内互动探究一、实验过程一、实验过程1实验器材实验器材方方案案一一：气气垫垫导导轨轨、光光电电计计时时器器、天天平平、滑滑块块(两两个个)、弹弹簧簧片片、细细线线、弹弹性性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。方案二：带细线的摆球方案二：带细线的摆球(两个两个)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。方方案案三三：光光滑滑长长木木板板、打打点点计计时时器器、纸纸带带、小小车车(两两个个)、天天平平、撞撞针针、橡橡皮皮泥等。泥等。2实验步骤实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测量相关的质量；用天平测量相关的质量；(2)安装实验装置；安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；使物体发生碰撞；(4)测量或读出有关数据，计算出物体的速度；测量或读出有关数据，计算出物体的速度；(5)改变碰撞条件重复上述改变碰撞条件重复上述(3)、(4)步；步；(6)进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；(7)整理实验器材。整理实验器材。3数据处理数据处理(1)将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后相等的关系量。从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后相等的关系量。(2)结论结论在在实实验验误误差差允允许许的的范范围围内内，碰碰撞撞前前、后后不不变变的的量量是是物物体体的的质质量量m与与速速度度v的的乘积之和，即乘积之和，即m1v1m2v2m1v1m2v2。二、误差分析二、误差分析1系统误差系统误差(1)碰撞是否为一维碰撞，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。碰撞是否为一维碰撞，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。(2)碰碰撞撞中中其其他他力力(例例如如，摩摩擦擦力力、空空气气阻阻力力等等)的的影影响响带带来来的的误误差差。实实验验中中要要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。2偶然误差偶然误差测测量量和和读读数数的的准准确确性性带带来来的的误误差差，实实验验中中应应规规范范测测量量和和读读数数，同同时时增增加加测测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。三、注意事项三、注意事项1前提条件前提条件应应保保证证碰碰撞撞的的两两物物体体发发生生的的是是一一维维碰碰撞撞，即即两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿同同一一直直线线运运动，碰撞后仍沿同一直线运动。动，碰撞后仍沿同一直线运动。2方案提醒方案提醒(1)若若利利用用气气垫垫导导轨轨进进行行实实验验，调调整整气气垫垫导导轨轨时时，注注意意利利用用水水平平仪仪确确保保导导轨轨水平。水平。(2)若若利利用用摆摆球球进进行行实实验验，两两小小球球静静放放时时球球心心应应在在同同一一水水平平线线上上，且且刚刚好好接接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内。触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内。3探究结论探究结论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。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。实验步骤与数据处理实验步骤与数据处理某某同同学学运运用用以以下下实实验验器器材材，设设计计了了一一个个碰碰撞撞实实验验来来寻寻找找碰碰撞撞前前后后的的不不变变量量：打打点点计计时时器器、低低压压交交流流电电源源(频频率率为为50 Hz)、纸纸带带、表表面面光光滑滑的的长长木板、带撞针的小车木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车、带橡皮泥的小车B、天平。、天平。探究探究 一一 典例剖析典例剖析该同学设计的实验步骤如下：该同学设计的实验步骤如下：A用天平测出小车用天平测出小车A的质量为的质量为mA0.4 kg，小车，小车B的质量为的质量为mB0.2 kgB更换纸带重复操作三次更换纸带重复操作三次C小车小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间放在长木板中间D把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源E接通电源，并给小车接通电源，并给小车A一定的初速度一定的初速度vA(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来_。ADCEB(2)打打点点计计时时器器打打下下的的纸纸带带中中，比比较较理理想想的的一一条条如如上上图图所所示示，根根据据这这些些数数据据完成下表。完成下表。(3)根根 据据 以以 上上 数数 据据 猜猜 想想 碰碰 撞撞 前前 后后 不不 变变 量量 的的 表表 达达 式式 为为_。mAvAmBvB(mAmB)v解解题题指指导导：注注意意碰碰撞撞前前后后小小车车均均做做匀匀速速运运动动，碰碰撞撞前前后后的的速速度度可可利利用用纸纸带带上点迹分布均匀的部分计算。上点迹分布均匀的部分计算。解解析析：(1)按按照照先先安安装装，后后实实验验，最最后后重重复复的的顺顺序序，该该同同学学正正确确的的实实验验步步骤骤为为ADCEB。(2)碰碰撞撞前前后后均均为为匀匀速速直直线线运运动动，由由纸纸带带上上的的点点迹迹分分布布求求出出速速度度。碰碰后后小小车车A、B合合为为一一体体，求求出出AB整整体体的的共共同同速速度度。注注意意打打点点计计时时器器的的频频率率为为50 Hz，打打点点时间间隔为时间间隔为0.02 s，通过计算得下表。，通过计算得下表。1在在用用气气垫垫导导轨轨做做“探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量”实实验验时时，左左侧侧滑滑块块质质量量m1170 g，右右侧侧滑滑块块质质量量m2110 g，挡挡光光片片宽宽度度为为3.00 cm，两两滑滑块块之之间间有有一一压压缩缩的的弹弹簧簧片片，并并用用细细线线连连在在一一起起，如如图图所所示示。开开始始时时两两滑滑块块静静止止，烧烧断断细细线线后后，两两滑滑块块分分别别向向左左、右右方方向向运运动动。挡挡光光片片通通过过光光电电门门的的时时间间分分别别为为t10.32 s，t20.21 s。则则两两滑滑块块的的速速度度分分别别为为v1_m/s，v2_ m/s。烧烧 断断 细细 线线 前前 m1v1 m2v2 _kgm/s，烧烧 断断 细细 线线 后后 m1v1 m2v2_ kgm/s。可可得得到到的的结结论论是是_ _。0.094对点训练对点训练0.14302.5104在实验允许的误差范围内，两滑块在实验允许的误差范围内，两滑块 质量与各自速度的乘积之和为不变量质量与各自速度的乘积之和为不变量实验创新设计实验创新设计如如图图所所示示，斜斜槽槽末末端端水水平平，小小球球m1从从斜斜槽槽某某一一高高度度由由静静止止滚滚下下，落落到到水水平平面面上上的的P点点。今今在在槽槽口口末末端端放放一一与与m1半半径径相相同同的的球球m2，仍仍让让球球m1从从斜斜槽槽同同一一高高度度滚滚下下，并并与与球球m2正正碰碰后后使使两两球球落落地地，球球m1和和m2的的落落地地点点分分别别是是M、N。已已知知槽槽口口末末端端在白纸上的投影位置为在白纸上的投影位置为O点。则：点。则：探究探究 二二 典例剖析典例剖析典例典例 2(1)两小球质量的关系应满足两小球质量的关系应满足_。Am1m2Bm1m2Cm1m2，故选，故选B。(2)为为保保证证两两球球从从同同一一高高度度做做平平抛抛运运动动，实实验验中中要要求求斜斜槽槽轨轨道道末末端端的的切切线线要要调调成成水水平平。为为保保证证实实验验有有较较好好的的可可重重复复性性以以减减小小误误差差，实实验验中中要要求求入入射射球球每每次次从从同同一一高高度度滚滚下下。本本实实验验是是探探究究碰碰撞撞前前后后物物理理量量的的变变化化情情况况，故故不不需需要要斜斜槽槽轨轨道必须光滑，故选道必须光滑，故选A、C、D。(3)本本实实验验必必须须测测量量的的是是两两小小球球质质量量m1和和m2，入入射射球球m1单单独独飞飞出出的的水水平平距距离离和和两两小小球球m1和和m2相相碰碰后后各各自自飞飞出出的的水水平平距距离离。因因小小球球脱脱离离轨轨道道口口后后做做的的是是相相同同高高度度的的平平抛抛运运动动，因因此此两两球球碰碰后后落落地地时时间间相相等等，两两小小球球水水平平分分运运动动的的时时间间也也相相等等，故故可可以以利利用用水水平平距距离离的的测测量量代代替替速速度度的的测测量量，所所以以不不需需要要测测量量桌桌面面离离地地的的高度及两小球碰后落地的时间。故选高度及两小球碰后落地的时间。故选A、F、G。2(2020北北京京市市陈陈经经纶纶中中学学高高二二下下学学期期期期中中)小小明明做做“探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量”实实验验的的装装置置如如图图1所所示示，悬悬挂挂在在O点点的的单单摆摆由由长长为为l的的细细线线和和直直径径为为d的的小小球球A组组成成，小小球球A与与放放置置在在光光滑滑支支撑撑杆杆上上的的直直径径相相同同的的小小球球B发发生生对对心心碰碰撞撞，碰碰后后小小球球A继续摆动，小球继续摆动，小球B做平抛运动。做平抛运动。对点训练对点训练(1)小小明明用用游游标标卡卡尺尺测测小小球球A直直径径如如图图2所所示示，则则d_mm。又又测测得得了了小小球球A质质量量m1，细细线线长长度度l，碰碰撞撞前前小小球球A拉拉起起的的角角度度和和碰碰撞撞后后小小球球B做做平平抛抛运运动动的的水水平平位位移移x、竖竖直直下下落落高高度度h，为为完完成成实实验验，还还需需要要测测量量的的物物理理量量有有：_。(2)若若A、B两两球球碰碰后后粘粘在在一一起起形形成成新新单单摆摆，其其周周期期_(选选填填“小小于于”“等于等于”或或“大于大于”)粘合前单摆的周期粘合前单摆的周期(摆角小于摆角小于5)。14.40小球小球B质量质量m2，碰后小球，碰后小球A摆动的最大角摆动的最大角大于大于解解析析：游游标标卡卡尺尺读读数数的的方方法法是是主主尺尺读读数数加加上上游游标标读读数数；根根据据球球A摆摆动动过过程程中中机机械械能能守守恒恒来来分分析析球球A的的速速度度，根根据据平平抛抛运运动动规规律律来来分分析析球球B的的速速度度，从从而而确确定定要要测测量量的的物物理理量量；两两球球粘粘在在一一起起后后球球的的重重心心发发生生变变化化，据据此此判判断断摆摆长长的的变变化化，从而判断周期的变化。从而判断周期的变化。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/1 周一40