人教版高一物理选修3-5第十六章动量守恒定律第1节实验：探究碰撞中的不变量课件(共43张PPT).pptx

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1、高一物理选修3-5第十六章动量守恒定律第1节实验：探究碰撞中的不变量,包头市百灵庙中学史殿斌,碰撞是自然界中常见的现象。两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接，台球由于碰撞而改变运动状态，微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量甚至使得一种粒子转化为其他粒子。,【演示实验】如图所示，A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。换成质量相差较多的两个小球，重做以上实验。,两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化的情况也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？,不变量是mv？mv2？v/m？,一、实验的基本思路：1

2、.我们只研究最简单的情况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.追寻不变量在一维碰撞的情况下只有物体的质量和速度。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，如果速度与我们设定的方向一致，取正值，否则取负值。,两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？其关系式为是否成立？两个物体各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？其关系式为是否成立？也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？其关系式为是否成立？也许,二、需要考虑的问题1.实验必须保证碰撞是一维的。即两个物体在碰

3、撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动。2.用天平测量物体的质量。3.测量两个物体碰撞前后的速度。不同的实验案例，测量物体速度的方法不同。,参考案例一根据滑块上遮光条的宽度d和光电门记录的遮光时间t，可以计算滑块经过光电门的速度v=d/t滑块上安装不同的装置，可以出现不同的碰撞情况。,参考案例二1.实验装置如图所示。2.把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。3.可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。4.也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。,参考案例三如图所示，将打点计时器固定在光滑桌面的一端

4、，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面。让小车A运动，小车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。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。,参考案例三，某次实验过程中得到如图所示的一条纸带，如何测出滑块碰撞前后的速度。,参考案例四1.如图所示，利用斜槽进行碰撞实验。使斜槽末端水平，记下重垂线所指的位置O。2.不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。记下小球落点的平均位置P。,3.把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从同一位置自由滚下，使它们发生碰撞，重复10次。记下碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置

5、N。如图所示。4.连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。其长度的数值可以表示碰撞前后两小球速度的大小。,【课堂训练】1.在“探究碰撞中的不变量”时，用如图所示的装置进行实验，下列说法中正确的是（）A悬挂两球的细绳长度要适当，且等长B由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度C两小球必须都是钢性球，且质量相同D两小球碰后可以粘合在一起共同运动,ABD,2.利用如图所示的装置验证动量守恒定律。气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与穿过打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。,实

6、验测得滑块A质量m10.3kg，滑块B的质量m20.1kg，遮光片的宽度d用游标卡尺测量，如图所示；（1）遮光片的宽度dcm。,0.835,打点计时器所用的交流电的频率f50Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间tB2.8610-3s，碰撞前后打出的纸带如图所示。（2）计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为kgm/s，两滑块相互作用以后系统的总动量为kgm/s。（计算结果保留两位小数）,0.60,0.58,（3）若实验相对误差绝对值即可认为系统动量守恒，本实验的相对误差绝对值为。则本实验在误差范围内验证动量守恒定律。（

7、填“能”或“不能”）（4）两滑块作用前后总动量不完全相等的主要原因是。,3.3%,能,纸带与打点计时器有摩擦,3.用如图所示装置可验证弹性碰撞中的动量守恒，现有质量相等的a、b两个小球用等长的不可伸长的细线悬挂起来，b球静止，拉起a球由静止释放，在最低点a、b两球发生正碰，碰后a球速度为零。,（1）实验中必须测量的物理量有：。Aa、b球的质量mB细线的长度LC释放时a球偏离竖直方向的角度1D碰后b球偏离竖直方向的最大角度2E当地的重力加速度g（2）利用上述测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式为：。,CD,12,4.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图

8、1所示。,（1）下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通人压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；把滑块2放在气垫导轨的中间；,滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；先，然后，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图2所示：测得滑块1（包括撞针）的质量为310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g；试完善实验步骤的内容。,接通打点计时器的电源,放开纸带,（2）已知打点计时器每隔0.02s打一

9、个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为kgm/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为kgm/s（保留三位有效数字）。（3）试说明（2）问中两结果不完全相等的主要原因是：。（4）本实验的相对误差绝对值为。,0.620,0.618,纸带与打点计时器有摩擦,0.3%,5.某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来验证动量守恒定律，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有强粘性的胶水。图中滑块a和挡光片的总质量为m10.620kg，滑块b的质量为m20.410kg，实验步骤如下：,按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块a置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上

10、的挡光片通过两个光电门的时间；将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后将滑块a水平压缩弹簧，滑块a在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；,相等,两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；实验后，分别记录下滑块a挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动挡光片通过光电门2的时间t2。（1）完成实验步骤中所缺少的内容。（2）实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度d如图乙所示，则dcm。,1.550,（3）设挡光片通过光电门的时间为t，则滑块通过光电门的速度可表示为v（用d、t表示）。（4）实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v12.00m/

11、s，两滑块经过光电门2的速度为v21.20m/s，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1kgm/s，p2kgm/s（结果均保留3位小数）。,d/t,1.240,1.236,6.在做“验证碰撞中的动量守恒定律”实验中，装置如图所示。（1）需要的测量仪器或工具有。A秒表B天平（带砝码）C刻度尺D圆规,BCD,（2）必须要求的条件是。A斜槽轨道末端的切线必须水平B斜槽轨道应尽量光滑以减小误差C利用重锤线确定斜槽末端的投影点D入射小球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下（3）若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2。则。Am1m2，r1r2B

12、m1m2，r1r2Cm1m2，r1r2Dm1m2，r1r2,ACD,C,（4）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。可以仅通过测量（填选项前的序号）间接地解决这个问题。A小球开始释放时的高度hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的水平位移D利用游标卡尺测量小球的直径（5）若两球在碰撞前后动量守恒，需要验证的表达式为。,C,m1OP=m1OM+m2ON,7.如图1所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图1中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。,实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射

13、程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。,（1）接下来要完成的必要步骤是。（填选项前的符号）A用天平测量两个小球的质量m1、m2B测量小球m1开始释放高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE测量平抛射程OM，ON,ADE,（2）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（用所测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么满足的表达式为（用所测量的量表示）（3）经测定，m145.0g，m27.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图2所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1，则p1：

14、p1；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p1：p2。,m1OP=m1OM+m2ON,OP+OM=ON,14:11,110:29,（4）实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为。（5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用实验中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为cm。,1.01,76.8,8.如图所示，滑块A、B静止在水平气垫导轨上，两滑块间紧压一轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动。现拍得闪光频率为10Hz的一组频闪照片。,已知滑块A、B的质量分别为100g、150g。根据照片记录的信

15、息可知，A、B离开弹簧后：（1）A滑块做运动；（2）A滑块速度大小为m/s；（3）图中B滑块的动量大小是kgm/s；（4）滑块A、B作用后的总动量为则说明两木块组成的系统动量。,匀速直线,0.09,0.009,P=0,守恒,9.如图所示的装置中，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上。O点到A球球心的距离为L。使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直线的夹角为，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰。,碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D。保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。（1）确定B小球落地点的平均位置时通常采用的做法是，其目的是减小实验中的（选填“系统误差”或“偶然误差”）。,用圆规画最小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即为平均位置,偶然误差,（2）为了探究碰撞中的守恒量，在已知重力加速度g的条件下，还需要测得的七个物理量是（填写题目中所给物理量符号）。（3）用测得的物理量表示：mAvA；mAvA；mBvB。,mA，mB，H，x，L,