高中物理人教版 (新课标)选修31 实验：探究碰撞中的不变量课堂教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 实验：探究碰撞中的不变量课堂教学ppt课件，共43页。PPT课件主要包含了动量守恒定律，第十六章，实验的基本思路，同一直线，仍沿这条直线，实验方案设计，光电门，单摆摆长，小车匀速，数据处理等内容，欢迎下载使用。

第一节　实验：探究碰撞中的不变量
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，台球由于两球的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。碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？
1.一维碰撞两个物体碰撞前沿_________运动，碰撞后_____________运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2．探寻守恒量在一维碰撞的前提下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2。
1.将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后相等的关系量。
一、实验过程1．实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶片、撞针、橡皮泥等。方案二：带细线的摆球(两个)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶片等。方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等。
2．实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测量相关的质量；(2)安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；(4)测量或读出有关数据，计算出物体的速度；(5)改变碰撞条件重复上述3、4步；(6)进行数据处理通过分析对比，找出碰撞中的不变量；(7)整理实验器材。
二、注意事项1．保证两物体发生的是一维碰撞。即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2．气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑磨。3．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。
4．利用摆球进行实验时，可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上，这样可以较准确地读出小球摆动的角度，以减小误差。5．若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，以便对心碰撞，且刚好接触时，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。6．碰撞有很多情形，我们追寻的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求。
三、误差分析1．碰撞前后是否在一条直线上，与实验设计有关。气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维性，其他两个设计都存在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实验的误差。2．碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影响是带来误差的又一个重要原因，实验中要合理控制实验条件，尽量减小或避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。3．测量及读数的准确性也是造成误差的一个重要原因，实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响。方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。
某同学运用以下实验器材，设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量：打点计时器、低压交流电源(频率为50Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。该同学设计的实验步骤如下：A．用天平测出小车A的质量为mA＝0.4kg、小车B的质量为mB＝0.2kgB．更换纸带重复操作三次
探究一维碰撞中的不变量
C．小车A靠近打点计时器放置，在车后固定纸带，把小车B放在长木板中间D．把长木板平放在桌面上，在一端固定打点计时器，连接电源E．接通电源，并给小车A一定的初速度vA(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来______。(2)打点计时器打下的纸带中，比较理想的一条如图所示，根据这些数据完成下表。
解析：(1)按照先安装，后实验，最后重复的顺序，该同学正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动，由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体，求出AB整体的共同速度。注意打点计时器的频率为50Hz，打点时间间隔为0.02s，通过计算得下表。
(3)由表中数值可看出mv一行中数值相同，可猜想碰撞前后不变量的表达式为mAvA＋mBvB＝(mA＋mB)v。答案：(1)ADCEB　(2)见解析　(3)mAvA＋mBvB＝(mA＋mB)v
(青州市实验中学2014～2015学年高二下学期期中)在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量m1＝170 g，右侧滑块质量m2＝110 g，挡光片宽度为3.00 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。
(河北邢台一中2014～2015学年高二下学期检测)某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找守恒量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G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10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，图中O是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，
(1) 碰撞后B球的水平射程应为________cm。(2)若mv为守恒量，在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量(　　)A. 水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C．测量A球或B球的直径D．测量A球和B球的质量E．测量G点相对于水平槽面的高度
(3)实验中，对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是________。A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B．释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C．释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，阻力的影响相对越小，误差越小D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小
解析：(1)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7cm，因最后一位数字为估计值，允许误差±0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正确的。(2)从同一 高度做平抛运动飞行的时间t相同，而水平方向为匀速运动，故水平位移s＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移代替平抛初速度，亦即碰撞前后的速度，证明mA·OP′与mA·OM＋mBON是否相等，即可以说明两个物体碰撞前后各自的质量与其速度的乘积之和是否相等，故必须测量的是两球的质量和水平射程，即选项A、B、D是必须进行的测量。
(3)入射球的释放点越高，入射球碰撞前的速度越大，相撞时作用力越大，阻力的影响相对越小，也有利于减小测量水平位移时的相对误差，从而使实验的误差减小，故A、B、D错误，C正确。答案：(1)64.7cm(64.6～64.8cm均可)　(2)ABD　(3)C点评：该题中利用平抛运动的规律，巧妙的提供了一种测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。
某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的守恒量。(1)该同学还必须有的器材是__________________；(2)需直接测量的数据是____________________；(3)若mv为所探究的守恒量，需要验算的表达式如何表示？_______________。