《2018-2019學(xué)年高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 16.1 實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第十六章 動(dòng)量守恒定律 16.1 實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量課件 新人教版選修3-5.ppt（47頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十六章動(dòng)量守恒定律 1實(shí)驗(yàn):探究碰撞中的不變量,【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.明確探究碰撞中的不變量的基本思路。 2.掌握在同一條直線上兩個(gè)物體碰撞前后速度的測量方法。 3.了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。,【實(shí)驗(yàn)原理】 1.一維碰撞:兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)的碰撞。,2.探究碰撞中的不變量:在一維碰撞的情況下,設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2,碰撞前的速度分別為v1、v2,如果速度的方向與我們規(guī)定的方向一致取正值,相反取負(fù)值,依次探究以下關(guān)系是否成立: (1)m1v1+m2v2=m1v1+m2v2 (2)m1v12+m2v22=m1v12+m2v22 (3),3.實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì): 【

2、方案一】利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)兩個(gè)滑塊的一維碰撞實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。,實(shí)驗(yàn)步驟: (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:利用公式v= ,式中x為滑塊擋光片的寬度,t為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊擋光片經(jīng)過光電門對應(yīng)的時(shí)間。,(3)利用在滑塊上增加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量。,(4)實(shí)驗(yàn)方法: 用細(xì)線將彈簧片壓縮,放置于兩個(gè)滑塊之間,并使它們靜止,然后燒斷細(xì)線,彈簧片彈開后落下,兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(dòng)(圖甲)。,在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架(圖乙)可以得到能量損失很小的碰撞。 在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥,碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,把兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng),這樣可以得到能量損失很

3、大的碰撞。,【方案二】利用等長懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 (1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。,(2)速度的測量:可以測量小球被拉起的角度,根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出小球碰撞前對應(yīng)的速度;測量碰撞后兩小球分別擺起的對應(yīng)角度,根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出碰撞后對應(yīng)的兩小球的速度。 (3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn):用貼膠布的方法增大兩小球碰撞時(shí)的能量損失。,【方案三】利用斜槽實(shí)現(xiàn)兩小球的一維碰撞 如圖甲所示,讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下來,與放在斜槽前邊小支柱上的另一質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞,之后兩小球都做平拋運(yùn)動(dòng)。,(1)質(zhì)量的測量:用天平測量質(zhì)量。 (2)速度的測量:由于兩小球下落的高度

4、相同,所以它們 的飛行時(shí)間相等。如果用小球的飛行時(shí)間作時(shí)間單位, 那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速 度。因此,只需測出兩小球的質(zhì)量m1、m2和不放被碰小 球時(shí)入射小球在空中飛出的水平距離s1,以及碰撞后,入射小球與被碰小球在空中飛出的水平距離s1和s2。若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)m1s1與m1s1+m2s2相等,就驗(yàn)證了兩個(gè)小球碰撞前后的不變量。,(3)讓小球從斜槽的不同高度處開始滾動(dòng),進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。,【實(shí)驗(yàn)器材】 【方案一】氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊兩個(gè)(帶擋光片)、重物、彈簧片、細(xì)線、彈性碰撞架、撞針、橡皮泥。 【方案二】帶細(xì)線的小球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙

5、、膠布等。,【方案三】斜槽、兩個(gè)大小相等而質(zhì)量不等的小球、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、刻度尺、天平、螺旋測微器、圓規(guī)。,【實(shí)驗(yàn)過程】 不論采用哪種方案, 實(shí)驗(yàn)過程均可按選定的實(shí)驗(yàn)方案合理安排,參考步驟如下: (1)用天平測量兩滑塊(小球)的質(zhì)量m1、m2,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表中。 (2)安裝實(shí)驗(yàn)裝置。,(3)使物體發(fā)生碰撞。 (4)測量或讀出相關(guān)物理量,計(jì)算有關(guān)速度或者速度的替代量,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表中。 (5)改變碰撞條件,重復(fù)步驟(3)、(4)。 (6)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,通過分析比較,找出碰撞中的守恒量。 (7)整理器材,結(jié)束實(shí)驗(yàn)。,實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)用的表格:,【誤差分析】 1.系統(tǒng)誤差: (1)碰撞是

6、否為一維碰撞,是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞。,(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(gè)原因,實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件,避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度。 2.偶然誤差:測量和讀數(shù)的準(zhǔn)確性帶來的誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)規(guī)范測量和讀數(shù),同時(shí)增加測量次數(shù),取平均值,盡量減少偶然誤差的影響。,【注意事項(xiàng)】 1.前提條件:保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞,即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)。,2.方案提醒: (1)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。 (2)利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),可以將實(shí)驗(yàn)儀器靠在一個(gè)大型的量角

7、器上,這樣可以較準(zhǔn)確地讀出小球擺動(dòng)的角度,以減小誤差。,(3)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn),兩小球靜止時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上,且剛好接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。,熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)處理 【典例1】某同學(xué)運(yùn)用以下實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)了一個(gè)碰撞實(shí)驗(yàn)來尋找碰撞前后的不變量:打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: A.用天平測出小車A的質(zhì)量為mA=0.4kg,小車B的質(zhì)量為mB=0.2kg B.更換紙帶重復(fù)操作三次 C.小車A靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置,在車后固定紙帶,把小車B放在長木板中間,D.把

8、長木板平放在桌面上,在一端固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)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)完成表格。,(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)猜想碰撞前后不變量的表達(dá)式為 _。,【解析】(1)按照先安裝,后實(shí)驗(yàn),最后重復(fù)的順序,該同學(xué)正確的實(shí)驗(yàn)步驟為ADCEB。 (2)碰撞前后均為勻速直線運(yùn)動(dòng),由紙帶上的點(diǎn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz,打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s,通過計(jì)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

9、后不變量的表達(dá)式為mAvA+mBvB=(mA+mB)v。 答案:(1)ADCEB(2)見解析 (3)mAvA+mBvB=(mA+mB)v,熱點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 【典例2】(2018宜春高二檢測)兩位同學(xué)用如圖甲所示裝置,通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來“探究碰撞中的不變量”。,(1)實(shí)驗(yàn)中必須滿足的條件是_。 A.斜槽軌道盡量光滑以減小誤差 B.斜槽軌道末端的切線必須水平 C.入射球A每次必須從軌道的同一位置由靜止?jié)L下 D.兩球的質(zhì)量必須相等,(2)測量所得入射球A的質(zhì)量為mA,被碰撞小球B的質(zhì)量為mB,圖甲中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在水平地面上的垂直投影,實(shí)驗(yàn)時(shí),先讓入射球A從斜軌上的起始位置由靜止釋

10、放,找到其平均落點(diǎn)的位置P,測得平拋射程為OP;再將入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,與小球B相撞,分別找到球A和球B相撞后的平均落點(diǎn)M、N,測得平拋射程分別為OM和ON。,根據(jù)課堂探究的不變量,本實(shí)驗(yàn)中表示碰撞前后不變量的表達(dá)式應(yīng)為_。,(3)乙同學(xué)也用上述兩球進(jìn)行實(shí)驗(yàn),但將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行 了改裝:如圖乙所示,將白紙、復(fù)寫紙固定在豎直放置 的木條上,用來記錄實(shí)驗(yàn)中球A、球B與木條的撞擊點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)時(shí),首先將木條豎直立在軌道末端右側(cè)并與軌道接 觸,讓入射球A從斜軌上起始位置由靜止釋放,撞擊點(diǎn)為 B;然后將木條平移到圖中所示位置,入射球A從斜軌,上起始位置由靜止釋放,確定其撞擊點(diǎn)P;再將入射球A從

11、斜軌上起始位置由靜止釋放,與球B相撞,確定球A和球B相撞后的撞擊點(diǎn)分別為M和N。測得B與N、P、M各點(diǎn)的高度差分別為h1、h2、h3。乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)中表示碰撞前后不變量的表達(dá)式應(yīng)為_。,【解析】(1)選B、C。本實(shí)驗(yàn)中,是通過平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度,只要離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),對斜槽是否光滑沒有要求,故A錯(cuò)誤;要保證每次小球都做平拋運(yùn)動(dòng),則軌道的末端必須水平,故B正確;要保證碰撞前的速度相同,所以入射球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下,故C正確;為了使小球碰后不被反彈,要求入射小球質(zhì)量大于被碰小球質(zhì)量,故D錯(cuò)誤。故選B、C。,(2)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),由于小球拋出點(diǎn)的高 度相同,它們在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,它們的水平位移 x與其初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球 的初速度,若兩球相碰前后動(dòng)量守恒,則mAv0=mAv1+mBv2, 又 =v0t, =v1t, =v2t,代入得:mA =mA + mB 。,(3)小球做平拋運(yùn)動(dòng),在豎直方向上:h= gt2,平拋運(yùn)動(dòng) 時(shí)間:t= ,設(shè)軌道末端到木條的水平位移為x,小球 做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度:vA= 如果碰撞過程滿足:mAvA=mAvA+mBvB, 將速度代入式中解得:,答案:(1)B、C(2)mAOP=mAOM+mBON (3),