人教版高中物理選修（3-5）-16.1《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》參考課件

1、第十六章第十六章 動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律第第1節(jié)節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量（實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量（1學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 教材分析教材分析 教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路、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(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測量方、掌握同一條直線上運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測量方法法3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法引入思路：引入思路：碰撞是常見的現(xiàn)象，以宏觀、微觀現(xiàn)象為碰撞是常見的現(xiàn)象，以宏觀、微觀現(xiàn)象為例，從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）中提出例，從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）中提出研究的問題研究的問題-

2、碰撞前后是否有什么物理量保持不變？碰撞前后是否有什么物理量保持不變？引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象出發(fā)去發(fā)現(xiàn)隱藏在現(xiàn)象背后的自然規(guī)引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象出發(fā)去發(fā)現(xiàn)隱藏在現(xiàn)象背后的自然規(guī)律。律。 臺(tái)球由于兩球碰撞而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)臺(tái)球由于兩球碰撞而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（不同號(hào)的臺(tái)球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同）（不同號(hào)的臺(tái)球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同） 兩節(jié)火車車廂之間的掛鉤靠碰撞連接兩節(jié)火車車廂之間的掛鉤靠碰撞連接 P2演示演示 A、B是兩個(gè)懸掛起來的鋼球，質(zhì)量相等。使是兩個(gè)懸掛起來的鋼球，質(zhì)量相等。使B球靜止，拉起球靜止，拉起A球，放開后球，放開后A與與B碰撞，觀察碰碰撞，觀察碰撞前后兩球運(yùn)動(dòng)的變化。換為質(zhì)量相差較多的撞前后兩球運(yùn)動(dòng)的變化。換為質(zhì)量相差較多

3、的兩個(gè)小球，重做以上實(shí)驗(yàn)兩個(gè)小球，重做以上實(shí)驗(yàn)通過演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看出，兩物體碰后質(zhì)量雖通過演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看出，兩物體碰后質(zhì)量雖然沒有改變，但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的程度與物體質(zhì)然沒有改變，但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的程度與物體質(zhì)量的大小有關(guān)。讓學(xué)生通過觀察現(xiàn)象猜想碰撞量的大小有關(guān)。讓學(xué)生通過觀察現(xiàn)象猜想碰撞前后可能的前后可能的“不變量不變量”。 1.1一維碰撞一維碰撞 如圖所示，如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后，放開后A球球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰撞，碰后球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為球擺幅為角如兩球的質(zhì)量

4、角如兩球的質(zhì)量mA=mB，碰后，碰后A球靜止，球靜止，B球球擺角擺角=，這說明，這說明A、B兩球碰后交換了速度；兩球碰后交換了速度；如果如果mAmB，碰后，碰后A、B兩球一起向右擺動(dòng)；兩球一起向右擺動(dòng)； 如果如果mAmB，碰后，碰后A球反彈、球反彈、B球向右擺動(dòng)球向右擺動(dòng)以上現(xiàn)象可以說明什么問題？以上現(xiàn)象可以說明什么問題？ 1實(shí)驗(yàn)探究的基本思路實(shí)驗(yàn)探究的基本思路 結(jié)論：以上現(xiàn)象說明結(jié)論：以上現(xiàn)象說明A、B兩球碰撞后，速兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)度發(fā)生了變化，當(dāng)A、B兩球的兩球的質(zhì)量關(guān)系質(zhì)量關(guān)系發(fā)發(fā)生變化時(shí)，生變化時(shí)，速度變化的情況也不同速度變化的情況也不同 P2P2課文，描述思路課文，描述

5、思路兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不是不變量？兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不是不變量？ m1 v1 + m2v2 = m1 v1 + m2 v2 ？或者或者，各自的質(zhì)量與自己的速度的二次方的乘積之和是不變量？，各自的質(zhì)量與自己的速度的二次方的乘積之和是不變量？ m1 v12 + m2v2 = m1 v12 + m2 v22 ？也許也許，兩個(gè)物體的速度與自己質(zhì)量的比值之和在碰撞前后保持不變？，兩個(gè)物體的速度與自己質(zhì)量的比值之和在碰撞前后保持不變？ ？ 指明了探究的方向和實(shí)驗(yàn)的目的指明了探究的方向和實(shí)驗(yàn)的目的22112211mvmvmvmv制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：制定計(jì)劃與設(shè)

6、計(jì)實(shí)驗(yàn)：P4P4P5P5參考案例：給學(xué)生一定的設(shè)計(jì)參考案例：給學(xué)生一定的設(shè)計(jì)空間空間12 追尋不變量追尋不變量2實(shí)驗(yàn)條件的保證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量實(shí)驗(yàn)條件的保證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量21 實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動(dòng)還沿同一直線運(yùn)動(dòng);22 用天平測量物體的質(zhì)量；用天平測量物體的質(zhì)量；23 測量兩個(gè)物體在碰撞前后的速度測量兩個(gè)物體在碰撞前后的速度測量物體的速度可以有哪些方法？測量物體的速度可以有哪些方法？參考案例參考案例光電門測速原理光電門測速原理如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋

7、光板，擋如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為光板有一定的寬度，設(shè)為L L氣墊導(dǎo)軌上黃色框架氣墊導(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)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)間為為t t，則滑塊相當(dāng)于在，則滑塊相當(dāng)于在L L的位移上運(yùn)動(dòng)了時(shí)間的位移上運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t t，所，所以滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度以滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度v=L/tv=L/t參考案例二參考案例二擺球測速原理擺球測速原理 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所

8、示。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 把兩個(gè)小球用線懸起來，把兩個(gè)小球用線懸起來，一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰。小球，放下時(shí)它們相碰。 可以測量小球被拉起的角可以測量小球被拉起的角度，從而算出落下時(shí)的速度；度，從而算出落下時(shí)的速度；測量被撞小球擺起的角度，測量被撞小球擺起的角度，從而算出被撞后的速度。從而算出被撞后的速度。 也可以用貼膠布等方法增也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失。大兩球碰撞時(shí)的能量損失。參考案例三參考案例三打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速原理打點(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

9、車的后面。讓小紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面。讓小車車A A運(yùn)動(dòng)，小車運(yùn)動(dòng)，小車B B靜止。在兩小車的碰撞端分靜止。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（如上圖）。通過中，把兩個(gè)小車連接成一體（如上圖）。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。紙帶測出它們碰撞前后的速度。 兩個(gè)物體由靜止彈開也是一種碰撞情況兩個(gè)物體由靜止彈開也是一種碰撞情況參考案例四參考案例四平拋測速原理平拋測速原理實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧

10、將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌被壓縮了的輕彈簧將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細(xì)線，觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況，通過測量面上，燒斷細(xì)線，觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況，通過測量桌高和水平位移，可以算出拋出時(shí)的初速度。桌高和水平位移，可以算出拋出時(shí)的初速度。3實(shí)驗(yàn)方案一：實(shí)驗(yàn)方案一：31 用氣墊導(dǎo)軌作碰撞實(shí)驗(yàn)（如圖所示）用氣墊導(dǎo)軌作碰撞實(shí)驗(yàn)（如圖所示）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-1）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-2）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-3）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（實(shí)驗(yàn)記錄及分析（b）實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析（c）課堂小結(jié)課堂小結(jié)1基本思路（一維碰撞）基本思路（一維碰撞） 與物體運(yùn)動(dòng)與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量有關(guān)的物理量可能有哪些？可能有哪些？碰撞前后哪個(gè)物理量可能是碰撞前