高二物理精品導學：16.1《實驗：探究碰撞中的不變量》（新人教版選修3-5）

1、【課 題】§161 實驗：探究碰撞中的不變量導學案【學習目標】 （1）明確探究碰撞中的不變量的基本思路；（2）掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法；（3）掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法?！咀灾魈骄俊?.光滑桌面上有1、2兩個小球。1球的質(zhì)量為0.3Kg，以8m/s的速度跟質(zhì)量為0.1kg的靜止的2球碰撞，碰撞后2球的速度變?yōu)?m/s，1球的速度變?yōu)?m/s，方向與原來相同。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，以上兩項猜想是否成立：（1）通過計算說明，碰撞后是否是1球把速度傳給了2球？（2）通過計算說明，碰撞后是否是1球把動能傳給了2球？（3）請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)猜想在這次碰撞中什么物理量不變，通過計算

2、加以驗證。6水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質(zhì)量分別是06k g和02kgA車的車尾拉著紙帶，A車以某一速度與靜止的B車發(fā)生一維碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運動碰撞前后打點計時器打下的紙帶如圖所示根據(jù)這些數(shù)據(jù)，請猜想：把兩小車加在一起計算，有一個什么物理量在碰撞前后是相等的?【典型例題】A、B兩滑塊在同一光滑的水平直導軌上相向運動發(fā)生碰撞(碰撞時間極短)。用閃光照相，閃光4次攝得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時間間隔為t，而閃光本身持續(xù)時間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范圍內(nèi)，且第一次閃光時，滑塊A恰好通過x=55cm處，滑塊B恰好通過x=70cm處，問：(1)

3、碰撞發(fā)生在何處? (2)碰撞發(fā)生在第一次閃光后多長時間? (3)設(shè)兩滑塊的質(zhì)量之比為mA：mB=2：3，試分析碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是否相等?【問題思考】在探究碰撞中的不變量時，你認為在計算時怎樣對待速度的方向？【針對訓練】1在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，為了順利地完成實驗，入射球質(zhì)量為m1，被碰球質(zhì)量為m2，二者關(guān)系應是( )Am1>m2 Bm1=m2 C m1<m2 D以上三個關(guān)系都可以2兩球相向運動，發(fā)生正碰，碰撞后兩球均靜止，于是可以斷定，在碰撞以前 ( )A兩球的質(zhì)量相等 B兩球的速度大小相同C兩球的質(zhì)量與速度的乘積之和的大小相等 D以上都不能斷定，3在“

4、探究驗證”的實驗一中，若繩長L，球1、2分別由偏角和靜止釋放，則在最低點碰撞前的速度大小分別為_、_。若碰撞后向同一方向運動最大偏角分別為，和，則碰撞后兩球的瞬時速度大小分別為_、_。4某同學設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動，他設(shè)計的具體裝置如圖所示在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力(1)若已得到打點紙帶如圖所示，并將測得的各計數(shù)點間距離標在圖上，A點是運動起始的第一點，則應選_段來計算A的碰前速度，應選_段來計算A

5、和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB或“BC"或“CD"或"DE”)(2)已測得小車A的質(zhì)量m1=040kg，小車B的質(zhì)量m2=020kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前mAvA+mBvB=_kg·ms；碰后mAvA+mBvB=_kg·ms并比較碰撞前后兩個小車質(zhì)量與速度的乘積之和是否相等5某同學用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找碰撞中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置C由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復上述操作10次，得到10個落點痕跡，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的

6、地方，讓A球仍從位置C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痕跡，重復這種操作10次，圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點，P，為未放被碰小球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點若B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零點與O點對齊(注意MA>MB)(1)碰撞后B球的水平射程應為_cm(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量?答：_ (填選項號)A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離 BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C測量A球或B球的直徑 D測量A球和B球的

7、質(zhì)量 E測量G點相對于水平槽面的高度 6某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗；氣墊導軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，如圖(b)所示，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。(1)下面是實驗的主要步驟： 安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平； 向氣墊導軌通人壓縮空氣；把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高

8、度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導軌的中間；先_，然后_，讓滑塊1帶動紙帶一起運動；取下紙帶，重復步驟，選出較理想的紙帶如下圖所示：測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g；試完善實驗步驟的內(nèi)容。 (2)已知打點計時器每隔002 s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為 kg·ms；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為_kg·ms(保留三位有效數(shù)字)。 (3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_。 【典型例題】.答案：（1）60cm（2）

9、t/2（3）碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和相等.【針對訓練】1.D 2.C3. 2gl(1-cos)1/2 2gl(1-cos)1/2 2gl(1-cos/)1/2 、 2gl(1-cos/)1/2 4. 解析 (1)小車A碰前做勻速直線運動，打在紙帶上的點應該是間距均勻的，故計算小車碰前速度應選BC段；CD段上所打的點由稀變密；可見在CD段A、B兩小車相互碰撞A、B撞后一起做勻速運動，所打出的點又應是間距均勻的故應選DE段計算碰后速度 (2)碰前mAvA十mBVB=0.420kg·m/s 碰后 mAvA/十mBvB=(mA十mB)v=0417kg·ms 其中，vA=B

10、C/t=105ms。 vA=vB= DE/t = 0695ms 通過計算可以發(fā)現(xiàn)，在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的 答案 (1)BC DE (2)0420 0417 點評 此題是根據(jù)1998年上海高考題改編的，原題為驗證碰撞過程中動量守恒，這里結(jié)合所學內(nèi)容將說法稍作變動此題的關(guān)鍵是選擇紙帶上的有效段，”理解為桿么要選擇這樣的有效段(勻速運動，打點應均勻)5. 解析 (1)將l0個點圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點，可由刻度尺測得碰撞后B球的水平射程約為647cm (2)從同一高度做平拋運動飛行的時間t相同，而水平方向為勻速運動，故水平位移s=vt，所以只要測出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移代替平拋初速度，亦即碰撞前后的速度，通過計算mA·OP，與mA·OM+mB·ON是否相等，即可以說明兩個物體碰撞前后各自的質(zhì)量與其速度的乘積之和是否相等，故必須測量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項A、B、