【新步步高】2015-2016学年高中物理第十六章动量守恒定律1实验探究碰撞中的不变量导学案答题.doc

PAGE  PAGE 11 1实验：探究碰撞中的不变量 [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． 一、实验原理 1．两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动．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．探究以下关系式是否成立： (1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′； (2)m1veq \o\al(2,1)＋m2veq \o\al(2,2)＝m1v1′2＋m2v2′2； (3)eq \f(v1,m1)＋eq \f(v2,m2)＝eq \f(v1′,m1)＋eq \f(v2′,m2). 二、需要考虑的问题 1．质量的测量：用天平测量． 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. (2)速度的计算：v＝eq \f(Δx,Δt). (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. (2)速度的计算：v＝eq \r(2gl?1－cosθ?). (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. (2)速度的计算：v＝eq \f(Δx,Δt). (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． 图3 (4)器材：长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、撞针、橡皮泥． 三、实验步骤 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． 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． 四、数据处理 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. 碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1′v2′mvm1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′mv2m1veq \o\al(2,1)＋m2veq \o\al(2,2)m1v1′2＋m2v2′2eq \f(v,m)eq \f(v1,m1)＋eq \f(v2,m2)eq \f(v1′,m1)＋eq \f(v2′,m2)其他猜想……通过研究以上实验数据，找到碰撞前后的“不变量”． 五、注意事项 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． 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． 一、利用气垫导轨结合光电门的测量 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 (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＝