高中物理 16.1《實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量》課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十六章 動(dòng)量守恒定律 第1節(jié) 實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量 1 明確探究碰撞中的不變量的基本思路 2 掌握同一條直線上兩個(gè)物體碰撞前后速度的測量方法 3 掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法 打臺球是同學(xué)們校外活動(dòng)中非常喜歡的游戲 本節(jié)課首先通過視頻 打臺球 展示了各種花式臺球的打法 令人眼花繚亂 很能吸引大家的眼球 引起大家的探究物體間碰撞規(guī)律的興趣 導(dǎo)入新課 本節(jié)課是一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課 目的是要學(xué)生掌握探究問題的基本思路 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法 所以首先說明問題探究的必要性和探究的目的 鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶岢鎏骄康牟煌桨?根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案明確實(shí)驗(yàn)過程中需要記錄的數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)表格 記錄數(shù)據(jù) 碰撞有各種不同的方式 要達(dá)到一個(gè)共性的規(guī)律 各種碰撞都應(yīng)該涉及 但斜碰又不好操作 所以本實(shí)驗(yàn)只研究了一維碰撞的各種情況 不同質(zhì)量的物體間的碰撞 不同能量損耗的碰撞 使同學(xué)們有一個(gè)動(dòng)量守恒定律普遍適用的印象 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法是實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要目的 所以最后設(shè)計(jì)了一個(gè)典例探究 考查 訓(xùn)練學(xué)生的處理數(shù)據(jù)的能力 臺球的各種花式打法 碰撞是日常生活 生產(chǎn)活動(dòng)中常見的一種現(xiàn)象 兩個(gè)物體發(fā)生碰撞后 速度都發(fā)生變化 兩個(gè)物體的質(zhì)量比例不同時(shí) 它們的速度變化也不一樣 物理學(xué)中研究運(yùn)動(dòng)過程中的守恒量具有特別重要的意義 碰撞過程中的什么物理量保持不變 守恒 一 探究碰撞中的不變量 一維碰撞 碰撞前后兩個(gè)物體都在同一直線上運(yùn)動(dòng) 3 各種碰撞情景的實(shí)現(xiàn) 利用彈簧片 細(xì)繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥設(shè)計(jì)各種類型的碰撞 利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量 方案一 利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞 2 速度的測量 v x t 式中 x為滑塊 擋光片 的寬度 t為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊 擋光片 經(jīng)過光電門的時(shí)間 1 質(zhì)量的測量 用天平測量 氣墊導(dǎo)軌 如圖把兩個(gè)小球用線懸起來 一個(gè)小球靜止 拉起另一個(gè)小球 放下時(shí)它們相碰 可以測量小球被拉起的角度 從而算出落下時(shí)的速度 測量被撞小球擺起的角度 從而算出被撞后的速度 也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失 方案三 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速原理 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑桌面的一端 把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 連在小車的后面 讓小車A運(yùn)動(dòng) 小車B靜止 在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥 碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中 把兩個(gè)小車連接成一體 如下圖 通過紙帶測出它們碰撞前后的速度 二 猜想碰撞中的不變量 兩物體質(zhì)量與速度的乘積之和 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 是否成立 或者質(zhì)量與速度平方乘積之和即m1v12 m2v22 m1v1 2 m2v2 2是否成立 還是有其他的可能 或者成立 方案一 氣墊導(dǎo)軌 光電計(jì)時(shí)器 天平 滑塊 兩個(gè) 彈簧片 細(xì)繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥 方案二 帶細(xì)線的擺球 兩套 鐵架臺 天平 量角器 坐標(biāo)紙 膠布等 方案三 光滑長木板 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 小車 兩個(gè) 天平 撞針 橡皮泥 實(shí)驗(yàn)器材 不論采用哪種方案 實(shí)驗(yàn)過程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排 參考步驟如下 1 用天平測相關(guān)質(zhì)量 2 安裝實(shí)驗(yàn)裝置 3 使物體發(fā)生碰撞 4 測量或讀出相關(guān)物理量 計(jì)算有關(guān)速度 5 改變碰撞條件 重復(fù)步驟3 4 6 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 通過分析比較 找出碰撞中的守恒量 7 整理器材 結(jié)束實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟 1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論 為了探究碰撞中的不變量 將實(shí)驗(yàn)中測得的物理量填入如下表格 然后探究不變量 實(shí)驗(yàn)記錄及分析a 1 實(shí)驗(yàn)記錄及分析a 2 實(shí)驗(yàn)記錄及分析a 3 實(shí)驗(yàn)記錄及分析b 實(shí)驗(yàn)記錄及分析c 經(jīng)過驗(yàn)證后可知 在誤差允許的范圍內(nèi) 碰撞前后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積 即m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞 即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng) 碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng) 2 若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 3 若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi) 4 碰撞有很多情形 我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變 才符合要求 注意事項(xiàng) 某實(shí)驗(yàn)小組選用水平氣墊導(dǎo)軌 光電門等測量裝置來探究碰撞中的不變量 實(shí)驗(yàn)儀器如圖所示 實(shí)驗(yàn)過程 1 調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平 并使光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)正常工作 2 在滑塊1上裝上擋光片并測出其長度L 3 在滑塊2的碰撞端面粘上橡皮泥 或雙面膠紙 4 用天平測出滑塊1和滑塊2的質(zhì)量m1 m2 5 把滑塊1和滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌上 讓滑塊2處于靜止?fàn)顟B(tài) v2 0 用滑塊1以初速度v1與之碰撞 這時(shí)光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算時(shí)間 撞后兩者粘在一起 分別記下滑塊1的擋光片碰前通過光電門的遮光時(shí)間t1和碰后通過光電門的遮光時(shí)間t2 6 先根據(jù)v L t計(jì)算滑塊1碰撞前的速度v1及碰后兩者的共同速度v 再計(jì)算兩滑塊碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積 并比較大小 請完成以上表格 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) m1 0 324kgm2 0 181kgL 1 00 10 3m速度單位 m s 0 094 0 0 093 0 138 0 136 0 測量時(shí)間 距離等存在誤差 由于阻力 氣墊導(dǎo)軌水平等造成誤差 答案 基本思路 一維碰撞 與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量可能有哪些 碰撞前后哪個(gè)物理量可能是不變的 需要考慮的問題 碰撞必須包括各種情況的碰撞物體質(zhì)量的測量 天平 碰撞前后物體速度的測量 利用光電門或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等