探究碰撞中的不变量学案.doc

1.实验：探究碰撞中的不变量 一、实验目的 1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路． 2．探究一维碰撞中的不变量． 二、方案设计． 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＝. ③碰撞情景的实现：如图所示，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． 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＝. ③碰撞情景的实现：如图所示，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＝. ③碰撞情景的实现：如图所示，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． 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＝. ③碰撞情景的实现：如图所示，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． 三、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． 方案二：带细线的摆球(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. 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．用天平测相关质量． 2．安装实验装置． 3．使物体发生碰撞． 4．测量或读出相关物理量，计算有关速度． 5．改变碰撞条件，重复步骤3和步骤4. 6．进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量． 7．整理器材，结束实验． 二、数据处理 为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格． 项目 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2 速度 v1 v2 v′1 v′2 mv m1v1＋m2v2 m1v′1＋m2v′2 mv2 m1v＋m2v m1v＋m2v ＋ ＋ 三、误差分析 1．碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞． 2．碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度． 3．速度的测量误差，方案一是比较好的，光电计时误差较小，另外两个方案误差稍大一些． 综上所述，方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些． 四、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，碰撞后仍沿同一直线运动． 2．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． 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. 类型一　实验原理及注意事项 【典例1】　如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B做探究碰撞中的不变量的实验． (1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态． (2)按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A运动至C的时间t1，B运动至D的时间t2. (3)重复几次，取t1、t2的平均值． 请回答以下几个问题： ①在调整气垫导轨时应注意___________________； ②应测量的数据还有_________________________； ③碰撞前A、B两滑块的速度与质量乘积之和为______，碰撞后A、B两滑块的速度与质量乘积之和为 __________________________________________ 答案：①用水平仪测量并调试使得导轨水平 ②A至C的距离L1及时间t1、B至D的距离L2及时间t2 ③0　(M＋m)－M 类型二　实验数据处理 【典例2】　某同学设计了一个用打点计