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海南省海口市第十四中学高中物理 第十六章 探究碰撞中的不变量学案 新人教版选修3-5 【实验目的】 1.明确探究碰撞中不变量的基本思路。 2.探究一维碰撞中的不变量。 【实验原理】 1.实验猜想： 在一维碰撞的前提下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2。规定某一速度方向为正。 碰撞前后速度的变化和物体的质量的关系，我们可以做如下猜测： (1)m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2 (2)m1v12+m2v22=m1v′12+m2v′22 (3) 上面的关系式中哪一个是成立的? 2.实验方案： 方案(一)：利用气垫导轨完成一维碰撞实验; 方案(二)：利用等长悬线悬挂等大的小球完成一维碰撞实验; 方案(三)：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验; 方案(四)：利用等大的小球做平抛运动完成一维碰撞实验。 这四个实验方案共同之处都是需要用天平测量发生碰撞的物体质量，不同之处在于速度的测量方法各不相同： 方案(一)：利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。 方案(二)：可以通过测量小球碰撞前后摆起的角度，算出碰撞前后对应小球的速度。 方案(三)：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由 算出速度。 【实验器材】 方案(一)：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案(二)：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 方案(三)：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。 实验过程探究 一、实验步骤 1.方案(一)：利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞。这一实验不仅能保证碰撞是一维的，还可以做出多种情形的碰撞，速度的测量误差较小，这个方案是本实验的首选。 (1)用天平测量两滑块质量m1、m2。 (2)调整导轨使之处于水平状态，并使光电计时器系统正常工作。 (3)记录光电门挡光片的宽度Δx以及光电计时器显示的挡光时间Δt，利用公式 计算出两滑块碰撞前后的速度。探究相互作用前后不变的量。 代入m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。 2.方案(二)：利用等长悬线悬挂的半径相等的小球做实验。 为了保证发生一维碰撞，最好选用钢杆悬挂的小球或选用双线摆。事先测量两个小球的质量m1、m2，然后一个小球静止，拉起另一个小球使它摆动到最低点时与静止小球相碰。由小球被拉起和摆动的角度来算出小球碰前速度v1和碰后速度v1′、v2。代入m1v1=m1v1′+m2v2(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。 3.方案(三)：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车。 事先用天平测量小车A、B的质量m1、m2。小车A连接纸带通过打点计时器，小车B静止，两车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，两车撞后连成一体，通过纸带测出它们碰撞前后的速度v1和v。然后代入m1v1=(m1+m2)v，看在误差允许的范围内是否成立。 二、数据处理 1.计算表格中所涉及的各项的对应数据。 2.比较各类碰撞前后的数据结果。 3.结论：经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积之和，即m1v1+m2v2=　m1v1′+m2v2′。 实验探究 1.在“利用气垫导轨探究碰撞过程中的守恒量”时，需将气垫导轨调至水平，其水平的标志是什么? 2..在“利用单摆探究碰撞中的守恒量”的实验中，角度的测量该用什么方法实现? 3.“利用打点计时器探究碰撞中的守恒量”时，发现纸带上的点迹有一部分分布均匀，有一部分分布不均匀，应选取哪一部分计算速度，试分析选取的原因。 4.怎样才能保证碰撞是一维的? 5.在以上的几个实验方案中，分别怎样测量物体运动的速度? 1