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高二物理人教版选修3-5课件:第十六章1实验:探究碰撞中的不变量讲述
第十六章
动量守恒定律
目标定位
1.探究碰撞中的不变量之间的关系.
2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法.
3.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式.
学案1 实验:探究碰撞中的不变量
1.两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后 运动.这种碰撞叫做一维碰撞.
2.实验的基本思路:寻求不变量
在一维碰撞的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′,如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值.
一、实验原理
知识探究
仍沿这条直线
探究以下关系式是否成立:
(1)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′;`
1.质量的测量:用 测量.
2.速度的测量:
方案1:利用气垫导轨结合光电门
(1)所需测量量:滑块(挡光板)的宽度Δx,滑块(挡光板)经过光电门的时间Δt.
二、需要考虑的问题
天平
(3)碰撞情景的实现
图1
如图1所示,利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞,利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
(4)器材:气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光板、两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥.
方案2:利用摆球结合机械能守恒定律
图2
(1)所需测量量:悬点至球心的距离l,摆球被拉
起或碰后的角度θ.
(3)碰撞情景的实现:如图2所示,用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失.
(4)器材:带细线的摆球(两套)、铁架台、量角器、坐标纸、胶布.
方案3:利用光滑水平面结合打点计时器.
(1)所需测量量:纸带上两计数点间的距离Δx,小车经过Δx所用的时间Δt.
图3
(3)碰撞情景的实现:如图3所示,A运动,B静止,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个小车连接成一体.
(4)器材:长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、撞针、橡皮泥.
不论哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下:
1.用天平测出相关质量.
2.安装实验装置.
3.使物体发生一维碰撞,测量或读出相关物理量,计算相关速度,填入预先设计好的表格.
三、实验步骤
4.改变碰撞条件,重复实验.
5.通过数据分析处理,找出碰撞中的不变量.
6.整理器材,结束实验.
将实验中测得的物理量填入下表,物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号.
四、数据处理
?
碰撞前
碰撞后
质量
m1
m2
m1
m2
?
?
?
?
速度
v1
v2
v1′
v2′
?
?
?
?
通过研究以上实验数据,找到碰撞前后的“不变量”.
1.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,碰撞后仍沿这一直线运动.
2.若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时要注意利用水平仪确保导轨水平.
五、注意事项
3.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.
4.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.
典例精析
例1 某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验;气垫导轨装置如图4所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.
图4
一、利用气垫导轨结合光电门的测量
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②向气垫导轨通入压缩空气;
③接通光电计时器;
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;
⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门2后依次被制动;
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为:滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;
⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1(包括撞针)的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g;
(2)数据处理与实验结论:
①实验中气垫导轨的作用是:
A.________________________________________________;
B.________________________________________________.
②碰撞前滑块1的速度v1为__________ m/s;碰撞后滑块1的速度v2为__________ m/s;滑块2的速度v3为__________ m/s;(结果保留两位有效数字)
③在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是
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