【新步步高】2015-2016学年高二物理人教版选修3-5学案：16.1实验：探究碰撞中的不变量答题.doc

1　实验：探究碰撞中的不变量 [目标定位]　1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路.2.探究一维碰撞中的不变量.3.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法． 一、一维碰撞 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，这种碰撞叫做一维碰撞． 二、基本思路：追寻不变量 在一维碰撞的情况下，设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′，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立： ①m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′； ②m1veq \o\al(2,1)＋m2veq \o\al(2,2)＝m1v1′2＋m2v2′2； ③eq \f(v1,m1)＋eq \f(v2,m2)＝eq \f(v1′,m1)＋eq \f(v2′,m2)． 探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v1′、v2′. 三、需要考虑的主要问题：测量质量和速度 1．质量的测量： 用天平测量 2．速度的测量：有下列三种方案． 方案1：利用气垫导轨结合光电门 实验装置如图16－1－1所示： 图16－1－1 (1)速度的测量及计算：设滑块上挡光片的宽度为Δx，挡光片经过光电门的时间为Δt，则v＝eq \f(Δx,Δt)． (2)碰撞情景的实现 图16－1－2 ①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图16－1－2甲)． ②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞． ③在两个滑块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，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞． (3)器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等． 方案2：单摆结合机械能守恒定律 实验装置如图16－1－3所示： 图16－1－3 (1)速度的测量及计算：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度． (2)碰撞情景的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失． (3)器材：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等． 方案3：纸带结合打点计时器 实验装置如图16－1－4所示(在光滑长木板上) 图16－1－4 (1)速度的测量及计算：用刻度尺测出纸带上两计数点间的距离Δx，Δt为对应Δx所用的时间，则小车的速度v＝eq \f(Δx,Δt)． (2)碰撞情景的实现：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，两小车连在一起运动． (3)器材：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等. 一、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： 1．用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2. 2．安装实验装置． 3．使物体发生一维碰撞． 4．测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度． 5．改变碰撞条件，重复步骤3、4. 6．进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的“不变量”． 7．整理器材，结束实验． 二、数据处理： 　将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况。 碰撞前碰撞后质量m/kgm1m2m1m2速度v/(m·s－1)v1v2v1′v2′mv/(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′mv2/(kg·m2·s－2)m1veq \o\al(2,1)＋m2veq \o\al(2,2)m1v1′2＋m2v2′2eq \f(v,m)/(m·s－1·kg－1)eq \f(v1,m1)＋eq \f(v2,m2)eq \f(v1′,m1)＋eq \f(v2′,m2)实验得出的结论三、误差分析 1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞． (2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力． 2．偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量． 四、注意事项 1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． 2．方案提醒： (1)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． (2)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同