2022年高二物理人教版学案实验探究碰撞中的不变量.docx
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1、精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -1试验:探究碰撞中的不变量 目标定位 1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路.2.探究一维碰撞中的不变量.3. 把握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法一、一维碰撞两个物体碰撞前沿同始终线运动,碰撞后仍沿这始终线运动,这种碰撞叫做一维碰撞二、基本思路:追寻不变量在一维碰撞的情形下,设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v 2,碰撞后的速度分别为v 1、 v2 ,假如速度与我们规定的正方向一样,取正值,相反取负值,依次讨论以下关系是否成立: m1v1 m2 v2m1v 1
2、m2v2 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ m221 12 m2 22.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1v1 m2 v2 m v v v 1 v2 v 1 v 2m1m2m1m2探究以上各关系式是否成立,关键是精确测量和运算碰撞前与碰撞后的速度v 1、v 2、 v1、 v2 .三、需要考虑的主要问题:测量质量和速度1质量的测量: 用天平测量2速度的测量:有以下三种方案 方案 1:利用气垫导轨结合光电门试验装置如图16 11 所示:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 19 页
3、 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -图 16 11 x1 速度的测量及运算:设滑块上挡光片的宽度为x,挡光片经过光电门的时间为t,就 v t 2 碰撞情形的实现图 16 12用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开,两个滑块立即向相反方向运动图 16 12 甲在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架图乙 ,可以得到能量缺失很小的碰撞在两个滑块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,把两个滑块连成一体运动图丙 ,这样可以得到能
4、量缺失很大的碰撞3 器材:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个带挡光片 、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等方案 2:单摆结合机械能守恒定律试验装置如图16 13 所示:图 16 131 速度的测量及运算:可以测量小球被拉起的角度,依据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度.测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度,依据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度2 碰撞情形的实现:用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量缺失3 器材:带细线的小球两套 、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - -
5、 - -第 2 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -方案 3:纸带结合打点计时器试验装置如图16 14 所示 在光滑长木板上图 16 141 速度的测量及运算:用刻度尺测出纸带上两计数点间的距离x, t 为对应 x 所用的时间,就 x小车的速度v t2 碰撞情形的实现: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,两小车连在一起运动3 器材:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车两个 、天平、撞针、橡皮泥等.一、试验步骤不论采纳哪种方案,试验过
6、程均可按试验方案合理支配,参考步骤如下:1用天平测量相关碰撞物体的质量m1 、m2.2安装试验装置3使物体发生一维碰撞4测量或读出碰撞前后相关的物理量,运算对应的速度5转变碰撞条件,重复步骤3、4.6进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的“不变量”7整理器材,终止试验 二、数据处理:将试验中测得的物理量填入下表,填表时需留意物体碰撞后运动的速度与原先的方向相反的情形.碰撞前碰撞后质量 m/kgm1m2m1m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_速度 v /m s 1v 1v 2v1v2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_
7、学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mv/kg m s 1m1 v1m2v 2m1 v1 m2v 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mv2/kg 2m2 s12m1 v2 m2v 2m1v 12 m2v 2 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - -
8、 欢迎下载精品_精品资料_v/m 1 kg可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_msv1v 2v1v2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 1m1m2m1m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_试验得出的结论三、误差分析1系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,即:1 碰撞是否为一维碰撞2 试验中是否合理掌握试验条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,长木板试验是否平稳掉摩擦力2偶然误差:主要来源于对质量m 和速度 v 的测量四、留意事项1前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”2方案提示:1 如利用气垫导轨进行试验,调整气垫导轨时,留意利用水平仪确保
9、导轨水平2 如利用摆球进行试验,两小球静止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平面内3 如利用长木板进行试验,可在长木板的一端下垫一小木片用以平稳摩擦力 3探究结论:查找的不变量必需在各种碰撞情形下都不转变典例分析例 1某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的试验,气垫导轨装置如图16 15 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 16 15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 -
10、- - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -1 下面是试验的主要步骤:安装好气垫导轨,调剂气垫导轨的调剂旋钮,使导轨水平.向气垫导轨通入压缩空气.接通光电计时器.把滑块2 静止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.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后依次被制动.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 t1 10.01 ms,通过光电门2 的挡光时间 t249.99 ms,滑块 2 通过光
11、电门2 的挡光时间 t 3 8.35 ms.测出挡光片的宽度d 5 mm,测得滑块1包括撞针 的质量为m1 300 g ,滑块 2包括弹簧 质量为 m2 200 g.2 数据处理与试验结论:实验中气垫导轨的作用是:A.,B 碰撞前滑块1 的速度 v 1 为 m/s.碰撞后滑块1 的速度 v 2 为 m/s .滑块 2 的速度 v3为 m/s. 结果保留两位有效数字在误差答应的范畴内,通过本试验,同学们可以探究出哪些物理量是不变的?通过对试验数据的分析说明理由至少回答 2 个不变量 a . b 答案 A. 大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B保证两个滑块的碰撞是一维的 0.500.1
12、00.60 a.系统碰撞前、后质量与速度的乘积之和不变b碰撞前后总动能不变 c碰撞前后质量不变解析 A. 大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B保证两个滑块的碰撞是一维的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_滑块 1 碰撞之前的速度v 1 d 5 103 0.50 m/s.可编辑资料 -
13、 - - 欢迎下载精品_精品资料_t110.01 10 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_滑块 1 碰撞之后的速度v 2dt25 10 3349.9 10 0.10 m/s .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_d滑块 2 碰撞后的速度v3 t3510 38.35 10 3 0.60 m/s.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ a.系统碰撞前后质量与速度的乘积之和不变缘由:系统碰撞之前的质量与速度的乘积m1v 1 0.15 kg m/s,系统碰撞之后的质量与
14、速度的乘积之和 m1v2 m2v 3 0.15 kg m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_b碰撞前后总动能不变m缘由:碰撞前的总动能Ek1 121v 2 0.037 5 J可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1碰撞之后的总动能Ek2 11v 2 1m2v2 0.037 5 J2m223所以碰撞前后总动能相等c碰撞前后质量不变例 2图 16 162022 西宁高二检测 如下列图的装置中,质量为 mA 的钢球 A 用细线悬挂于O 点,质量为mB 的钢球B 放在离的面高度为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
15、, A 球释放后摇摆到最低点时恰与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 球落到的面上,的面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持 角度不变,多次重复上述试验,白纸上记录到多个B 球的落点1 图中 x 应是 B 球初始位置到 的水平距离可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2 为了探究碰撞中的守恒量,应测得 等物理量
16、3 用测得的物理量表示: mA vA .mA vA . mB vB 答案 1B 球平均落点(2) mA、mB、L 、H 、x(3) mA2gL ( 1 cos ) mA2gL(1 cos )gmB x2H解析 小球 A 在碰撞前后摇摆,满意机械能守恒定律小球 B 在碰撞后做平抛运动,就 x 应为 B 球的平均落点到初始位置的水平距离要得到碰撞前后的 mv,要测量 mA、mB、L、 H、 x 等, 对 A,由机械能守恒定律得12mA gL1 cos 2mAv A,就:mA vA mA2gL( 1 cos ) .碰后对 A,有12mA gL1 cos 2mAv A,就:mA vA mA2gL( 1
17、 cos ) .碰后 B 做平抛运动,12有 xv Bt, H 2gt .g可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以 mBv BmBx2H.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页,共 19 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -图 16 17用如图 16 1 7 所示的装置也可以完成“探究碰撞中的不变量”试验1 如试验中选取的A、
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