人教版選修(3-5)《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》學(xué)案

1、最新人教版選修 (3-5) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量學(xué)案實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量導(dǎo)學(xué)案班級姓名【學(xué)習(xí)目標(biāo)】識記：明確探究碰撞中的不變量的基本思路理解：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) ,完成某種規(guī)律的探究方法。應(yīng)用：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行猜測、探究,發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：碰撞中的不變量的探究難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【自主檢測】碰撞是日常生活、生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象, 兩個(gè)物體發(fā)生碰撞后 ,都發(fā)生變化。兩個(gè)物體的質(zhì)量比例不同時(shí) , 它們的也不一樣。 物理學(xué)中研究運(yùn)動過程中的守恒量具有特別重要的意義, 本節(jié)通過實(shí)驗(yàn)探究碰撞過程中的什么物理量保持不變（守恒）。我們只研究最簡單的情況兩個(gè)物體碰撞前沿同一

2、直線運(yùn)動, 碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動。這種碰撞叫做。問題： 1.在物體碰撞過程中 ,哪些物理量 會對碰撞后物體的 運(yùn)動狀態(tài) 有影響呢？2.要探究物體在碰撞中存在的不變量,你需要 測量什么物理量？用什么方法怎么測量？3.按照你的測量方法畫出你的測量裝置圖：4.如圖某同學(xué)設(shè)計(jì)的探究碰驗(yàn)裝置 , 通過改變兩小車質(zhì)量碰撞前的速度 ,得到一些數(shù)據(jù) ,據(jù)填充表中的空缺：（規(guī)定為正 ,則跟它相反方向?yàn)?負(fù)）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（表1）碰撞前質(zhì)量m1=4m2=4kg速度v1=9v2=0m/smvm1v1m2v2mv2m1v12m2 v22v/mv1v2m1m2實(shí)驗(yàn)記錄及分析（表2）碰撞前質(zhì)量m1=4m2=2kg速度v

3、1=9v2=0m/smvm1v1m2v2mv2m1v12m2v22撞中的不變量的實(shí)m1 和 m2,以及它們根據(jù)下圖表中的數(shù)m1 碰前 速度 方向碰撞后m1 =4m2=4v1 =3v2 =6m1v1m2 v2m1v12m2 v2 2v1v2m1m2碰撞后m1=4m2=2v1 =4.5v2 =9m1 v1m2v2m1v1 2m2 v2 21 / 4v/m實(shí)驗(yàn)記錄及分析（表3）質(zhì)量kg速度m/smvmv2v/m實(shí)驗(yàn)記錄及分析（表4）質(zhì)量kg速度m/smvmv2v1v2m1m2碰撞前m1=2m2=4v1=6v2=0m1v1m2 v2m1v12m2 v22v1v2m1m2碰撞前m1=4m2=2v1 =0

4、v2=0m1v1m2 v2m1v12m2 v22v1v2m1m2碰撞后m1 =2m2=4v1 = -2v2 =4m1v1m2 v2m1v12m2 v22v1v2m1m2碰撞后m1=4m2=2v1 = 2v2 = - 4m1v1m2 v2m1 v1 2m2 v2 2v1v2v/mm1m2實(shí)驗(yàn)記錄及分析（表5）碰撞前質(zhì)量 kgm1=4m2=2速度 m/sv =9v =012mvm1 v1m2 v2mv2m1 v12m2 v22v/mv1v2m1m2從以上 5 個(gè)表格中的數(shù)據(jù)分析,你可以得到什么 結(jié)論？【知識點(diǎn)撥】一 , 測量物體的速度的方法（ 1）光電門測速原理v1v2m1m2碰撞后m1=4m2

5、=2v1 =6v2 = 6m1v1m2v2m1 v1 2m2v2 2v1v2m1m2如圖所示 , 圖中滑塊上紅色部分為擋光板, 擋光板有一定的寬度 , 設(shè)為 L, 氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有光控開關(guān), 并與計(jì)時(shí)裝置相連, 構(gòu)成光電計(jì)時(shí)裝置。當(dāng)擋光板穿入時(shí) , 將光擋住開始計(jì)時(shí) , 穿過后不再擋光則停止計(jì)時(shí) , 設(shè)記錄的時(shí)間為 t, 則滑塊相當(dāng)于在 L 的位移上運(yùn)動了時(shí)間 t, 所以滑塊勻速運(yùn)動的速度 v=L/t 。（ 2）擺球測速原理2 / 4把兩個(gè)小球用線懸掛起來,一個(gè)小球靜止,拉起另一個(gè)小球,放下時(shí)它們相碰。如圖：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 ,

6、 從而算出被碰后的速度。設(shè)擺線長為 L,小球的半徑 為 r, 質(zhì) 量 為 m, 被 拉 起 的 角 度 為 , 落 下 時(shí) 的 速 度 為 v, 根 據(jù) 機(jī) 械 能 守 恒 有 ：解得：同理可求出碰后各小球的速度。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失。注意：由于此實(shí)驗(yàn)中角度的測量有困難,適于定性研究。（3 ） 打點(diǎn) 計(jì) 時(shí) 器 實(shí) 驗(yàn) 探 究 法將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑導(dǎo)軌的一端,把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連在小車的后面。讓滑塊A 靜止 ,滑塊 B運(yùn)動。在兩滑塊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)滑塊連接成一體。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。（4）利用平拋運(yùn)動的

7、裝置實(shí)驗(yàn)探究法如圖所示 ,讓一個(gè)質(zhì)量較大 (為 m1)的小球 A 從斜槽上某高度處滾下來,與放在斜槽末端支柱上的體積相同、質(zhì)量較小 ( 為 m2) 的小球 B發(fā)生正碰。兩小球的質(zhì)量可用天平直接測量。但小球碰撞前后的速度不便于直接測量 , 如果利用平拋運(yùn)動的規(guī)律通過測量水平位移進(jìn)行等效代換, 問題就變得簡單多了。因在相同高度處 ,物體做平拋運(yùn)動的水平飛行距離與其初速度成正比,兩小球在碰撞后及A 球碰前均做下落高度相同的平拋運(yùn)動 ,在落地前運(yùn)動時(shí)間相等,因此用飛行時(shí)間作時(shí)間單位,則它們飛行的水平距離OP、OM 、 O N 就在數(shù)值上等于它們各自做平拋運(yùn)動的水平初速度v1、v 1、 v 2 ,從而實(shí)

8、現(xiàn)v1、 v 1、 v 2 和 OP、 OM 、ON 的等量代換?！窘?jīng)典體驗(yàn)】 例 1、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn),在小車 A 的前端粘有橡皮泥 ,設(shè)法使小車 A 做勻速直線運(yùn)動 ,然后與原來靜止的小車 B 相碰并粘在一起 ,繼續(xù)做勻速運(yùn)動 ,設(shè)計(jì)圖如圖所示：在小車 A 的后面連著紙帶 ,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。（1）若已得到打點(diǎn)紙帶如圖所示 ,并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離在圖上標(biāo)出。 A 為運(yùn)動起始的點(diǎn) ,則應(yīng)選 _段來計(jì)算 A 碰前的速度 ,應(yīng)選 _段來計(jì)算 A 和 B 碰后的共同速度。（ 2）已測得小車 A 的質(zhì)量 mA=0

9、.4kg, 小車 B 的質(zhì)量 mB =0.20kg,則由以上結(jié)果可得出什么結(jié)論：。答案： （1）BC,DE（ 2）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi) ,在物體的碰撞過程中, 碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量和速度的乘積之和是不變量 ,即 m1v1 +m2v2=m1v1 +m2v2解析：（1）因?yàn)樾≤?A 與 B 碰撞前、后都做勻速運(yùn)動 ,且碰后 A 與 B 粘合在一起 ,其共同速度比 A 原來的速度小。所以應(yīng)選點(diǎn)跡分布均勻且點(diǎn)距較大的BC 段計(jì)算 A 的碰前速度 ,點(diǎn)間距小的 DE 段計(jì)算 A 和 B 碰后的共同速度。（2）由圖可知 ,碰前 A 的速度和碰后 AB 的共同速度分別為故碰撞前后：mA v A=0.

10、40 1.05kg m/s=0.42kg m/s（mA+m B） v A=（ 0.40+0.20）0.695kg m/s=0.417kg m/s可見 ,在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi) ,在物體的碰撞過程中,碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量和速度的乘積之和是不變量 ,即 m1v1+m2v 2=m1 v1 +m 2v 2【自主探究】 1、某同學(xué)用圖 1 所示裝置通過半徑相同的A、 B 兩球的碰撞來探究碰撞中的不變量,圖中 PQ是斜槽 ,QR 為水平槽。實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A 球從斜槽上某一固定位置G 由靜止開始滾下 ,落到位于水平地面的記錄紙上 , 留下痕跡。重復(fù)上述操作10 次,得到 10 個(gè)落點(diǎn)痕跡。再把 B 球放在

11、水平槽上靠近槽末端的地方,讓A 球仍從位置 G 由靜止開始滾下 ,和 B 球碰撞后 ,A 、B 球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡。重復(fù)這種操作 10 次。圖 1 中 O 點(diǎn)是水平槽末端R 在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)。 B 球落點(diǎn)痕跡如圖 2 所示 ,其中米尺水平 放 置 , 且 平 行 于 G 、 R 、 O所 在 的 平 面 , 米 尺 的 零 點(diǎn) 與 O 點(diǎn) 對 齊 。（ 1 ） 碰 撞后B球 的 水平射 程 應(yīng) 取 為 _cm。（ 2 ） 在 以 下 選 項(xiàng) 中 , 哪 些 是 本 次 實(shí) 驗(yàn) 必 須 進(jìn) 行 的 測 量 ？ 答 ：3 / 4_(填選項(xiàng)號)。A 水 平 槽 上 未 放 B球

12、 時(shí) , 測 量 A球 落 點(diǎn) 位 置 到 O點(diǎn) 的 距 離B A 球 與 B球 碰 撞 后 , 測 量 A球 落 點(diǎn) 位 置 到 O 點(diǎn) 的 距 離C測量A球或B球的直徑D 測 量 A球 和B 球 的 質(zhì) 量 （ 或 兩 球 質(zhì) 量 之 比 ）E測量 G 點(diǎn)相對于水平槽面的高度?！菊n堂反饋】1.如圖所示為氣墊導(dǎo)軌上兩個(gè)滑塊A,B 相互作用后運(yùn)動過程的頻閃照片.頻閃的頻率為 10 Hz. 開始兩個(gè)滑塊靜止 , 它們之間有一根被壓縮的輕彈簧,滑塊用繩子連接, 繩子燒斷后 ,兩個(gè)滑塊向相反方向運(yùn)動. 已知滑塊A,B 的質(zhì)量分別為200 g,300 g.根據(jù)照片記錄的信息 .釋放彈簧 ,A,B 離開彈簧后 ,A 滑塊做 _ 運(yùn)動 ,其速度大小為 _.本實(shí)驗(yàn)得出“在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi), 碰撞中mv 的矢量和是守恒的量”這一結(jié)論的依據(jù)是_ .2.如果兩輛車廂質(zhì)量一樣,用繩子連接,其中一個(gè)車廂中有一人 ,并拉繩子使兩車廂相互靠近。根據(jù)什么可 判 斷 哪 個(gè) 車 廂 內(nèi) 有 人（繩子質(zhì)量不計(jì)）（）A 根據(jù)車廂的運(yùn)動快慢,運(yùn)動快的有人B 根據(jù)車廂的運(yùn)動快慢,運(yùn)動慢的有人C 根據(jù)繩子哪一頭拉力的大小,拉力大的一端車廂有人D 根據(jù)繩子哪一頭拉力的大小,拉力小的一端車廂有人。