第十六章 動量守恒定律 第1節(jié) 實驗 探究碰撞中的不變量 1 明確探究碰撞中的不變量的基本思路 2 掌握同一條直線上兩個物體碰撞前后速度的測量方法 3 掌握實驗數(shù)據(jù)的處理方法 打臺球是同學們校外活動中非常喜歡的游戲 本節(jié)課首先通過視頻 打臺球 展示了各種花式臺球的打法 令人眼花繚亂 很能吸引大家的眼球 引起大家的探究物體間碰撞規(guī)律的興趣 導入新課 本節(jié)課是一節(jié)實驗探究課 目的是要學生掌握探究問題的基本思路 實驗數(shù)據(jù)的處理方法 所以首先說明問題探究的必要性和探究的目的 鼓勵學生根據(jù)實驗目的提出探究的不同方案 根據(jù)實驗方案明確實驗過程中需要記錄的數(shù)據(jù) 設(shè)計表格 記錄數(shù)據(jù) 碰撞有各種不同的方式 要達到一個共性的規(guī)律 各種碰撞都應該涉及 但斜碰又不好操作 所以本實驗只研究了一維碰撞的各種情況 不同質(zhì)量的物體間的碰撞 不同能量損耗的碰撞 使同學們有一個動量守恒定律普遍適用的印象 實驗數(shù)據(jù)的處理方法是實驗的一個重要目的 所以最后設(shè)計了一個典例探究 考查 訓練學生的處理數(shù)據(jù)的能力 臺球的各種花式打法 碰撞是日常生活 生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象 兩個物體發(fā)生碰撞后 速度都發(fā)生變化 兩個物體的質(zhì)量比例不同時 它們的速度變化也不一樣 物理學中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義 碰撞過程中的什么物理量保持不變 守恒 一 探究碰撞中的不變量 一維碰撞 碰撞前后兩個物體都在同一直線上運動 3 各種碰撞情景的實現(xiàn) 利用彈簧片 細繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥設(shè)計各種類型的碰撞 利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量 方案一 利用氣墊導軌實現(xiàn)一維碰撞 2 速度的測量 v x t 式中 x為滑塊 擋光片 的寬度 t為數(shù)字計時器顯示的滑塊 擋光片 經(jīng)過光電門的時間 1 質(zhì)量的測量 用天平測量 氣墊導軌 如圖把兩個小球用線懸起來 一個小球靜止 拉起另一個小球 放下時它們相碰 可以測量小球被拉起的角度 從而算出落下時的速度 測量被撞小球擺起的角度 從而算出被撞后的速度 也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量損失 方案三 打點計時器測速原理 將打點計時器固定在光滑桌面的一端 把紙帶穿過打點計時器 連在小車的后面 讓小車A運動 小車B靜止 在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥 碰撞時撞針插入橡皮泥中 把兩個小車連接成一體 如下圖 通過紙帶測出它們碰撞前后的速度 二 猜想碰撞中的不變量 兩物體質(zhì)量與速度的乘積之和 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 是否成立 或者質(zhì)量與速度平方乘積之和即m1v12 m2v22 m1v1 2 m2v2 2是否成立 還是有其他的可能 或者成立 方案一 氣墊導軌 光電計時器 天平 滑塊 兩個 彈簧片 細繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥 方案二 帶細線的擺球 兩套 鐵架臺 天平 量角器 坐標紙 膠布等 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 實驗器材 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 用天平測相關(guān)質(zhì)量 2 安裝實驗裝置 3 使物體發(fā)生碰撞 4 測量或讀出相關(guān)物理量 計算有關(guān)速度 5 改變碰撞條件 重復步驟3 4 6 進行數(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)束實驗 實驗步驟 1 實驗數(shù)據(jù)的處理 實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗結(jié)論 為了探究碰撞中的不變量 將實驗中測得的物理量填入如下表格 然后探究不變量 實驗記錄及分析a 1 實驗記錄及分析a 2 實驗記錄及分析a 3 實驗記錄及分析b 實驗記錄及分析c 經(jīng)過驗證后可知 在誤差允許的范圍內(nèi) 碰撞前后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 實驗結(jié)論 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 若利用氣墊導軌進行實驗 調(diào)整氣墊導軌時注意利用水平儀確保導軌水平 3 若利用擺球進行實驗 兩小球靜放時球心應在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應在同一豎直面內(nèi) 4 碰撞有很多情形 我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變 才符合要求 注意事項 某實驗小組選用水平氣墊導軌 光電門等測量裝置來探究碰撞中的不變量 實驗儀器如圖所示 實驗過程 1 調(diào)節(jié)氣墊導軌水平 并使光電計時器系統(tǒng)正常工作 2 在滑塊1上裝上擋光片并測出其長度L 3 在滑塊2的碰撞端面粘上橡皮泥 或雙面膠紙 4 用天平測出滑塊1和滑塊2的質(zhì)量m1 m2 5 把滑塊1和滑塊2放在氣墊導軌上 讓滑塊2處于靜止狀態(tài) v2 0 用滑塊1以初速度v1與之碰撞 這時光電計時器系統(tǒng)自動計算時間 撞后兩者粘在一起 分別記下滑塊1的擋光片碰前通過光電門的遮光時間t1和碰后通過光電門的遮光時間t2 6 先根據(jù)v L t計算滑塊1碰撞前的速度v1及碰后兩者的共同速度v 再計算兩滑塊碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積 并比較大小 請完成以上表格 實驗數(shù)據(jù) m1 0 324kgm2 0 181kgL 1 00 10 3m速度單位 m s 0 094 0 0 093 0 138 0 136 0 測量時間 距離等存在誤差 由于阻力 氣墊導軌水平等造成誤差 答案 基本思路 一維碰撞 與物體運動有關(guān)的物理量可能有哪些 碰撞前后哪個物理量可能是不變的 需要考慮的問題 碰撞必須包括各種情況的碰撞物體質(zhì)量的測量 天平 碰撞前后物體速度的測量 利用光電門或打點計時器等