人教版高中物理 16.1 实验：探究碰撞中的不变量课件 新人教选修35.ppt

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1、2021/8/9 星期一12021/8/9 星期一22021/8/9 星期一32021/8/9 星期一42021/8/9 星期一52021/8/9 星期一62021/8/9 星期一72021/8/9 星期一82021/8/9 星期一92021/8/9 星期一102021/8/9 星期一112021/8/9 星期一122021/8/9 星期一132021/8/9 星期一14 考查实验原理考查实验原理 归纳实验结论的能力归纳实验结论的能力【例证例证1】如图所示为气垫导轨上两个滑块如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为动过程的频闪照片，频闪的频率为1

2、0 Hz.开始时两个滑块静开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用细绳连接，细止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用细绳连接，细绳烧断后，两个滑块向相反方向运动绳烧断后，两个滑块向相反方向运动.已知滑块已知滑块A、B的质量分的质量分2021/8/9 星期一15别为别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，细绳烧断后，根据照片记录的信息，细绳烧断后，A滑滑块做块做_运动，其速度大小为运动，其速度大小为_m/s，本实验中得出，本实验中得出的结论是的结论是_.2021/8/9 星期一16【标准解答标准解答】由题图可知，细绳烧断后，由题图可知，细绳烧断后，A A、B B均做匀速

3、直线均做匀速直线运动，开始时：运动，开始时：vA=0vA=0，vB=0vB=0，A A、B B被弹开后，被弹开后，vA=0.09 m/svA=0.09 m/s，vB=0.06 m/svB=0.06 m/s，mAvA=0.20.09 kgm/s=0.018 kgm/smAvA=0.20.09 kgm/s=0.018 kgm/smBvB=0.30.06 kgm/s=0.018 kgm/smBvB=0.30.06 kgm/s=0.018 kgm/s由此可得：由此可得：mAvA=mBvBmAvA=mBvB，即，即0=mBvB-mAvA0=mBvB-mAvA结论是：两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速

4、度乘积结论是：两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒的矢量和守恒.答案：匀速直线答案：匀速直线 0.09 0.09 两滑块组成的系统在相互作用前两滑块组成的系统在相互作用前后质量与速度乘积的矢量和守恒后质量与速度乘积的矢量和守恒2021/8/9 星期一17 考查分析初末状态考查分析初末状态 探究不变量的能力探究不变量的能力【例证例证2】某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞过程中的某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞过程中的不变量的实验：在小车不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，使小车的前端粘有橡皮泥，使小车A做匀速做匀速直线运动直线运动.然后与原来静止在前方的小车然后与原

5、来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示.在小车在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板右端下长木板右端下部垫着小木片部垫着小木片(图中未画出图中未画出)用以平衡摩擦力用以平衡摩擦力.2021/8/9 星期一18(1)若已得到打点纸带如图所示，并把测得的各计数点间距离若已得到打点纸带如图所示，并把测得的各计数点间距离标在图上，标在图上，A点为运动起始的第一点，则应选点为运动起始的第一点，则应选_段来计算段来计算小车小车A的碰前速度，应

6、选的碰前速度，应选_段来计算小车段来计算小车A和小车和小车B碰后的碰后的共同速度共同速度.(以上两空选填以上两空选填“AB”、“BC”、“CD”或或“DE”)(2)已测得小车已测得小车A的质量的质量mA=0.40 kg,小车小车B的质量的质量mB=0.20 kg,由由以上测量结果可得：碰前以上测量结果可得：碰前mAvA+mBvB=_kgm/s;碰后碰后mAvA+mBvB=_kgm/s.2021/8/9 星期一19【标准解答标准解答】(1)(1)小车小车A A碰前做匀速直线运动，打出纸带上的碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选点应该是间距均匀的，故计算小车碰

7、前速度应选BCBC段；段；CDCD段段上所打的点由稀变密，可见在上所打的点由稀变密，可见在CDCD段段A A、B B两小车相互碰撞，两小车相互碰撞，A A、B B碰撞后一起做匀速直线运动，所以打出的点又是间距均匀的，碰撞后一起做匀速直线运动，所以打出的点又是间距均匀的，故应选故应选DEDE段计算碰后速度段计算碰后速度.2021/8/9 星期一20(2)(2)碰撞前后：碰撞前后：碰前：碰前：mAvA+mBvB=0.401.05 kgm/s=0.42 kgm/s,mAvA+mBvB=0.401.05 kgm/s=0.42 kgm/s,碰后：碰后：mAvA+mBvB=(mA+mB)v=0.600.6

8、95 kgm/s=mAvA+mBvB=(mA+mB)v=0.600.695 kgm/s=0.417 kgm/s.0.417 kgm/s.答案：答案：(1)BC DE (2)0.42 0.417(1)BC DE (2)0.42 0.4172021/8/9 星期一21一、选择题一、选择题1.在做用气垫导轨进行碰撞验证实验时，不需要测量的物理在做用气垫导轨进行碰撞验证实验时，不需要测量的物理量是量是()A.滑块的质量滑块的质量 B.挡光时间挡光时间C.挡光片的宽度挡光片的宽度 D.光电门的高度光电门的高度【解析解析】选选D.根据实验原理可知，滑块的质量、挡光时间、根据实验原理可知，滑块的质量、挡光时

9、间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量，其中滑块的质量用天挡光片的宽度都是需要测量的物理量，其中滑块的质量用天平测量，挡光时间用光电计时器测量，挡光片的宽度可事先平测量，挡光时间用光电计时器测量，挡光片的宽度可事先用刻度尺测量；只有光电门的高度不需要测量，只要能与挡用刻度尺测量；只有光电门的高度不需要测量，只要能与挡光片在同一高度即可，故选光片在同一高度即可，故选D.2021/8/9 星期一222.在做利用悬线悬挂等大的小球探究碰撞中的不变量的实验在做利用悬线悬挂等大的小球探究碰撞中的不变量的实验中，下列说法正确的是中，下列说法正确的是()A.悬挂两球的细线长度要适当且等长悬挂两球的细线长度要适

10、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.两小球必须都是刚性球且质量相同两小球必须都是刚性球且质量相同D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动两小球碰后可以粘合在一起共同运动2021/8/9 星期一23【解析解析】选选A A、B B、D.D.两绳等长能保证两球正碰，也就是对心两绳等长能保证两球正碰，也就是对心碰撞，以减小实验误差，所以碰撞，以减小实验误差，所以A A正确正确.由于计算碰撞前速度时由于计算碰撞前速度时用到了用到了 即初速度为即初速度为0 0时碰前的速度为时碰前的速度为 B B正确正确.本实验中对小球的材质性能无要求，本实验

11、中对小球的材质性能无要求，C C错误错误.两球正碰两球正碰后，有各种运动情况，所以后，有各种运动情况，所以D D正确正确.2021/8/9 星期一243.(2020苏州高二检测苏州高二检测)若用打点计时器做探究碰撞中的不变量若用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验，下列操作正确的是的实验，下列操作正确的是()A.相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量为了改变两车的质量B.相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起为了碰撞后粘在一起C.先接通

12、打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源2021/8/9 星期一25【解析解析】选选B B、C.C.相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动橡皮泥，是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,这种情况能得这种情况能得到能量损失很大的碰撞，到能量损失很大的碰撞，A A错；应当先接通打点计时器的电源，错；应当先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车，否则因运动距离较短，小车释放以后再释放拖

13、动纸带的小车，否则因运动距离较短，小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据再打开电源不容易得到实验数据.故故D D错，错，B B、C C正确正确.2021/8/9 星期一264.对于实验最终的结论对于实验最终的结论m1v1m2v2m1v1+m2v2，下列说，下列说法正确的是法正确的是()A.仅限于一维碰撞仅限于一维碰撞B.任何情况下任何情况下m1v12m2v22m1v12m2v22也一定成立也一定成立C.式中的式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小都是速度的大小D.式中的不变量是式中的不变量是m1和和m2组成的系统的质量与速度乘积之和组成的系统的质量与速度乘积之和【解析解析】选选A、D.这

14、个实验是在一维情况下设计的实验，其他这个实验是在一维情况下设计的实验，其他情况未做探究；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为情况未做探究；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量，应考虑方向是矢量，应考虑方向.故选项故选项A、D正确正确.2021/8/9 星期一275.在在“探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量”的实验中，为了顺利地完成实的实验中，为了顺利地完成实验，拉起球质量为验，拉起球质量为m1，被碰球质量为，被碰球质量为m2，二者关系应是，二者关系应是()A.m1m2 B.m1=

15、m2C.m1m2 D.以上三个关系都可以以上三个关系都可以【解析解析】选选D.这个实验是探究性实验，目的就是让同学们探这个实验是探究性实验，目的就是让同学们探究在不同情况下的不变量，究在不同情况下的不变量，A、B、C三种关系也是需要同学们三种关系也是需要同学们在实验中认真探究的内容，是实验设计探究的不同情况，是在实验中认真探究的内容，是实验设计探究的不同情况，是正确的，故选项正确的，故选项D正确正确.2021/8/9 星期一286.(2020泰安高二检测泰安高二检测)在光滑水平桌面上有两个小球，甲球的在光滑水平桌面上有两个小球，甲球的质量为质量为2 kg，乙球的质量为，乙球的质量为1 kg，甲

16、球以，甲球以4 m/s的速度和原来静的速度和原来静止的乙球发生对心碰撞，则下列说法正确的是止的乙球发生对心碰撞，则下列说法正确的是()A.碰撞后甲球的速度为零，乙球的速度为碰撞后甲球的速度为零，乙球的速度为8 m/s，方向与甲球，方向与甲球原来的速度方向相同原来的速度方向相同B.碰撞后甲球的速度一定变小碰撞后甲球的速度一定变小C.仅根据上述条件无法求出碰撞后两球的速度大小仅根据上述条件无法求出碰撞后两球的速度大小D.以上说法均不正确以上说法均不正确2021/8/9 星期一29【解析解析】选选B B、C.C.根据实验探究的结论，碰撞前后两球质量与根据实验探究的结论，碰撞前后两球质量与其速度的乘积

17、相等，乙球一定获得一定的速度，具有动能；其速度的乘积相等，乙球一定获得一定的速度，具有动能；并且碰撞前后有能量损失，可以得出碰撞后甲球的速度一定并且碰撞前后有能量损失，可以得出碰撞后甲球的速度一定减小，但仅根据上述条件是无法求出碰撞后两球的速度大小减小，但仅根据上述条件是无法求出碰撞后两球的速度大小的的.故选项故选项B B、C C正确正确.2021/8/9 星期一30二、非选择题二、非选择题7.某同学用如图所示装置通过半径相同的某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量，图中探究碰撞过程中的不变量，图中PQ是斜槽，是斜槽，QR为水平槽，实为水平槽，实

18、验时先使验时先使A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，次，2021/8/9 星期一31得到得到10个落点痕迹个落点痕迹.再把再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让让A球仍从位置球仍从位置G由静止开始滚下，和由静止开始滚下，和B球碰撞后，球碰撞后，A、B球分球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次次.图中图中O点是水平槽末端点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投

19、影点，在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹球落点痕迹如图所示，其中厘米刻度尺水平放置，且平行于如图所示，其中厘米刻度尺水平放置，且平行于G、R、O所所在的平面，厘米刻度尺的零点与在的平面，厘米刻度尺的零点与O点对齐点对齐.2021/8/9 星期一32(1)碰撞后碰撞后B球的水平射程应取球的水平射程应取_cm.(2)在以下选项中，本次实验必须进行的测量是在以下选项中，本次实验必须进行的测量是_.A.水平槽上未放水平槽上未放B球时，测量球时，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离B.测量测量A球与球与B球碰撞后，球碰撞后，A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离C.测量测量A球与球与

20、B球的质量球的质量D.测量测量G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度2021/8/9 星期一33【解析解析】(1)(1)题图中画出了题图中画出了B B球的球的1010个落点位置，实验中应取个落点位置，实验中应取平均位置平均位置.方法是：用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置方法是：用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位小刻度后面再估读一位.答案为答案为64.7 cm(64.2 cm 64.7 cm(64.2 cm 到到65.2 cm65.2 cm的范围内都正确的范围内

21、都正确).).(2)(2)本实验把被碰小球放在靠近槽末端的地方，使得被碰小球本实验把被碰小球放在靠近槽末端的地方，使得被碰小球B B和入射小球和入射小球A A都从都从O O点开始做平抛运动，且两球平抛时间相点开始做平抛运动，且两球平抛时间相同，若以平抛时间为单位时间，则平抛的水平距离在数值上同，若以平抛时间为单位时间，则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度等于平抛初速度.设设A A未碰未碰B B，平抛水平位移为，平抛水平位移为xA;AxA;A、B B相碰相碰2021/8/9 星期一34后，后，A A、B B两球的水平位移分别为两球的水平位移分别为xAxA、xB;AxB;A、B B质量分别为质量

22、分别为mAmA、mBmB，则碰前，则碰前:mAxA,:mAxA,碰后碰后mAxA+mBxB,mAxA+mBxB,要验证要验证mvmv的矢量的矢量和在碰撞中是否守恒，即验证以上两式中质量与位移的乘积和在碰撞中是否守恒，即验证以上两式中质量与位移的乘积之和是否相等之和是否相等.故该实验应测量的物理量有：故该实验应测量的物理量有：mAmA、mBmB、xAxA、xAxA、xBxB，选项，选项A A、B B、C C正确正确.答案：答案：(1)64.7(64.2(1)64.7(64.265.265.2都正确都正确)(2)A)(2)A、B B、C C2021/8/9 星期一358.(探究创新探究创新)如图所

23、示，在实验室用两端带竖直挡板如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气的气垫导轨和有固定挡板的质量都是垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块的滑块A、B，做探究碰撞，做探究碰撞中不变量的实验：中不变量的实验：2021/8/9 星期一36(1)把两滑块把两滑块A和和B紧贴在一起，在紧贴在一起，在A上放质量为上放质量为m的砝码，置于的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住导轨上，用电动卡销卡住A和和B，在，在A和和B的固定挡板间放一弹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，同时启动记录两滑块运动时间按下电钮使电动卡销放开，同时

24、启动记录两滑块运动时间的电子计时器，当的电子计时器，当A和和B与挡板与挡板C和和D分别碰撞时，电子计时器分别碰撞时，电子计时器自动停表，记下自动停表，记下A至至C运动时间运动时间t1，B至至D运动时间运动时间t2.2021/8/9 星期一37(3)重复几次取重复几次取t1、t2的平均值的平均值.请回答以下几个问题：请回答以下几个问题：在调整气垫导轨时应注意在调整气垫导轨时应注意_；应测量的数据还有应测量的数据还有_；作用前作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为两滑块质量与速度乘积之和为_；作用后作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为两滑块质量与速度乘积之和为_.2021/8/9 星期一38【解

25、析解析】为了保证滑块为了保证滑块A A、B B作用后做匀速直线运动，必须作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要用水平仪加以调试使气垫导轨水平，需要用水平仪加以调试.要求出要求出A A、B B两滑块在电动卡销放开后的速度，需测出两滑块在电动卡销放开后的速度，需测出A A至至C C的时间的时间t1t1和和B B至至D D的时间的时间t2t2，并且要测量出两滑块分别到挡板，并且要测量出两滑块分别到挡板的距离的距离L1L1和和L2L2，再由公式，再由公式 求出其速度求出其速度.设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为 碰前两滑块静止，即碰前两滑块静止，即v=0v=0，质量与速度乘积，质量与速度乘积之和为之和为0 0，碰后两滑块的质量与速度乘积之和为，碰后两滑块的质量与速度乘积之和为2021/8/9 星期一39答案：答案：用水平仪测得导轨水平用水平仪测得导轨水平A A至至C C的距离的距离L1L1、B B至至D D的距离的距离L2L22021/8/9 星期一402021/8/9 星期一41