16.1实验:探究碰撞中的不变量ppt课件
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1、1实验:探究碰撞中的不变量,第十六章动量守恒定律,学科素养与目标要求,1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路. 2.会根据器材和实验目的设计实验方案. 3.经历实验过程,培养动手能力和合作意识.,科学探究:,1.能够在不同的实验方案中表示出物体碰撞前后的速度. 2.通过实验探究,分析总结碰撞中的不变量.,科学思维:,技能储备,01,1.一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后 运动.这种碰撞叫做一维碰撞. 2.实验的基本思路:寻求不变量 在一维碰撞的情况下,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,如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正
2、方向一致,取正值,反之则取负值.探究以下关系式是否成立: (1)m1v1m2v2 ;,实验原理,一,仍沿这条直线,m1v1m2v2,m1v12m2v22,方案1:利用气垫导轨结合光电门的实验探究 (1)质量的测量:用 测量. (2)速度的测量:v ,式中的x为滑块上挡光板的 , 为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间. (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、天平.,实验方案设计,二,宽度,天平,t,图1,(3)碰撞情景的实现:如图1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
3、加重物的方法改变碰撞物体的质量.,方案2:利用摆球结合机械能守恒定律的实验探究 (1)所需测量量:悬点至球心的距离l,摆球被拉起(或被碰后)的角度,摆球质量m(两摆球质量可相等,也可不相等). (2)速度的计算:v . (3)碰撞情景的实现:两细线竖直时,两球刚好接触. 如图2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、天平.,图2,方案3:利用“光滑”水平面结合打点计时器的实验探究 (1)所需测量量:纸带上两计数点间的距离x,小车经过x所用的时间t,小车质量m. (2)速度的计算:v . (3)碰撞情景的实现:如图3所示,A
4、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、小木片、打点计时器、纸带、刻度尺、小车(两个)、撞针、橡皮泥、天平.,图3,不论哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下: (1)用天平测出相关质量. (2)安装实验装置. (3)使物体发生一维碰撞,测量或读出相关物理量,计算相关速度,填入预先设计好的表格. (4)改变碰撞条件,重复实验. (5)通过对数据的分析处理,找出碰撞中的不变量. (6)整理器材,结束实验.,实验步骤,三,将实验中测得的物理量填入下表,物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号
5、.,数据处理,四,通过研究以上实验数据,找到碰撞前后的“不变量”.,题型演练,02,1.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法,v ,其中d为挡光板的宽度. 2.注意速度的矢量性:规定一个正方向,碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值,跟正方向相反即为负值,比较m1v1m2v2与m1v1m2v2是否相等,应该把速度的正负号代入计算. 3.造成实验误差的主要原因是存在摩擦力.利用气垫导轨进行实验,调节时确保导轨水平.,利用气垫导轨结合光电门进行实验探究,一,例1某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验,气垫导轨装置如图4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.
6、(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后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门2后依次被制动;,图4,读出滑块通过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t110.01 ms,通过光电门2的挡光时间t249.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间t38.35 ms; 测出挡光板的宽度d5 mm,测得滑块1的质量为m1300 g,滑块2
7、(包括弹簧)的质量为m2200 g.,(2)数据处理与实验结论: 实验中气垫导轨的作用是: A._; B._.,答案见解析,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.,碰撞前滑块1的速度v1为_ m/s;碰撞后滑块1的速度v2为_ m/s;碰撞后滑块2的速度v3为_ m/s;(结果均保留两位有效数字),答案见解析,在误差允许的范围内,通过本实验,可以探究出下面哪些关系式成立_. A.m1v1m1v2m2v3,答案见解析,解析系统碰撞之前m1v10.15 kgm/s,系统碰撞之后m1v2m2v30.15 kgm/s,故A正确.,同理,将数据代入C选项
8、的等式两边,发现等式不成立,故C错误.,1.碰撞前后摆球速度的大小可从摆线的摆角反映出来,所以方便准确地测出碰撞前后摆线的摆角大小是实验的关键. 2.根据机械能守恒定律计算碰撞前后摆球的速度与摆的角度的关系. 3.实验时应注意,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.,利用摆球结合机械能守恒定律进行实验探究,二,例2利用如图5所示的装置做“探究碰撞中的不变量”的实验,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,且线与竖直方向的夹角为,A球释放后摆
9、动到最低点时恰与B球正碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为处,B球落到地面上,地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.,图5,保持角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录了多个B球的落点,重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径) (1)图中x应是B球初始位置到_的水平距离.,B球平均落点,解析小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程,均满足机械能守恒定律.小球B在碰撞后做平抛运动,则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离.碰撞前对A,,碰后B做平抛运动,,故要得到碰撞前后的mv,要测量的物理量有mA、mB、H、L、x.,(2)为了探究碰撞中的守恒量,应测得的物理量有_. (3)用测得的
10、物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度,vA为A球与B球刚相碰后A球的速度,vB为A球与B球刚相碰后B球的速度): mAvA_; mAvA_; mBvB_.,mA、mB、H、L、x,总结提升,从例1和例2可以看出,不论哪种探究方案,关键是求相互碰撞前后物体的速度,因此我们要利用学过的知识设计探究方案并求出速度.,1.实验原理与操作 如图6甲所示,让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来,与放在斜槽水平末端的另一质量较小的同样大小的小球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动.,利用斜槽滚下的小球结合平抛运动进行实验探究,三,图6,(1)质量的测量:用天平测量质量. (2)速度的测量:由于两小球下落
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