高中物理選修3-5導(dǎo)學(xué)案導(dǎo)

1、選彳3-5第十四章動(dòng)量守恒定律16.2動(dòng)量和動(dòng)量定理【教學(xué)目標(biāo)】1 .會(huì)結(jié)合已掌握的知識(shí)探索碰撞前后的不變量。2 .通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到碰撞前后的不變量。重點(diǎn)：用實(shí)驗(yàn)的方法探究碰撞中的不變量。難點(diǎn)：用實(shí)驗(yàn)的方法探究碰撞中的不變量。【自主預(yù)習(xí)】1 .兩個(gè)物體沿同一直線運(yùn)動(dòng)，仍沿這一直線運(yùn)動(dòng)，這種碰撞叫做一維碰撞。2 .在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，需要考慮的首要問(wèn)題是,即如何保證兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿這條直線運(yùn)動(dòng)。此外，還要考慮怎樣測(cè)量物體的和怎樣測(cè)量物體的。3 .關(guān)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，應(yīng)用的形式記錄，填表時(shí)注意思考：如果小球碰撞后運(yùn)動(dòng)的速度與原來(lái)的方向,應(yīng)該怎樣記錄？4 .對(duì)

2、于每一種碰撞的情況(例如兩個(gè)物體碰后分開(kāi)或粘在一起的兩種情況)，都要填寫(xiě)一個(gè)表格，然后根據(jù)表中的數(shù)據(jù)尋找碰撞前后的。5 .實(shí)驗(yàn)的基本思路1) 一"維碰撞兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)。這種碰撞叫做一維碰撞。2)怎樣找出不變量？(1)質(zhì)量：質(zhì)量是不變的，但質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，不是要尋找的量。(2)mv：物體質(zhì)量與各自速度平方的乘積之和是否為不變量，即是否有mw+m2v2=m2v'1+m2v'2?(3)mv2：物體質(zhì)量與各自速度平方的乘積之和是否為不變量，即是否有m1v1+m2v2=m2v'1+m2v'2?(4)v：物體速度與其質(zhì)量之

3、比的和是否為不變量，即是否有"+V2=y+v?mm1m2m1m2說(shuō)明：碰撞是在物體之間進(jìn)行的，碰撞前后物體的速度一般要發(fā)生變化，因此要找出碰撞中的不變量，應(yīng)考慮到質(zhì)量與速度的各種組合。6 .需要考慮的問(wèn)題怎樣才能保證碰撞是一維的？可以利用凹槽或氣墊導(dǎo)軌限定物體在同一直線上運(yùn)動(dòng)，也可以利用長(zhǎng)木板限定物體在同一直線上運(yùn)動(dòng)，或使兩物體重心連線與速度方向共線。怎樣測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的速度？參考案例一：v=TX，式中Ax為滑塊上擋光片的寬度，At為光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間。參考案例v=42gl(1-cos9)，其中l(wèi)為單擺擺長(zhǎng)，。為小球被拉起或被撞小球擺起的角度。參考案例三：v=x,式

4、中x為小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上各點(diǎn)之間的距離，t為通過(guò)x所用的時(shí)間?！镜湫屠}】【例1】在如同實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是()A.懸掛兩球的細(xì)繩長(zhǎng)度要適當(dāng)，且等長(zhǎng)B.由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度C.兩小球必須都是鋼性球，且質(zhì)量相同D.兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)【例2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過(guò)程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有B相碰并粘合成一體,橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)在小車(chē) A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖16-1-1所示。計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得

5、到打點(diǎn)紙帶如圖1612所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)的第一點(diǎn)，則應(yīng)選段來(lái)計(jì)算A碰撞前的速度，應(yīng)選段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度。AaCD串耳事/P4*44R.4Qcm110.5()cm908om16.95cm圖6-2(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mn=0.40kg，小車(chē)B的質(zhì)量m=0.20kg,由以上測(cè)量結(jié)果可得:碰前mv1+mv2=kg-m/s。碰后mv1'+mv2'=kg-m/s。結(jié)論?！菊n后練習(xí)】1 .在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量時(shí)，用到的測(cè)量工具有()A.秒表、天平、刻度尺B.彈簧秤、秒表、天平C.天平、刻度尺D.秒表、刻度尺2 .在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞

6、中的不變量時(shí)，下列哪些因素可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差A(yù).導(dǎo)軌安放不水平B.小車(chē)上擋光片傾斜C.兩小車(chē)質(zhì)量不相等D.兩小車(chē)碰后連在一起3 .用如圖11所示的裝置進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：A.先測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量M、m及滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)內(nèi)查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭B.用細(xì)線將滑塊A、B連接，使A、B間的彈簧壓縮，滑塊B緊靠在桌邊C.剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊B做平拋運(yùn)動(dòng)落地點(diǎn)到重錘線的水平距離|-xi和滑塊A沿桌面滑行的距離X2為探究碰撞中的不變量，寫(xiě)出還需測(cè)量的物理量及表示它們的字母：(2)若mv為不變量，需驗(yàn)證的關(guān)系式為:4 .在用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí)，左側(cè)滑塊質(zhì)量mi=170g,右側(cè)滑塊質(zhì)量m2=1

7、10g,擋光片寬度為3.00cm,兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線連在一起，如圖1-2所示。開(kāi)始時(shí)兩滑塊靜止，燒斷細(xì)線后，兩滑塊分別向左、右方向運(yùn)動(dòng)。擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間分別為At1=0.32s,At2=0.21s。則兩滑塊的速度分別為v'=m/s,v2=m/so燒斷細(xì)線前mw+m2v2=kgm/s,燒斷細(xì)線后mv'+m2v'2=kgm/s。.可得到的結(jié)論是。/lHA/TA圖1-25 .如圖13甲所示，在水平光滑軌道上停著A、B兩輛實(shí)驗(yàn)小車(chē)，A車(chē)上系有一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，當(dāng)A車(chē)獲得水平向右的速度時(shí)，隨即啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，A車(chē)運(yùn)動(dòng)一段距離后，與靜止的B車(chē)發(fā)生正碰并

8、連在一起運(yùn)動(dòng)，紙帶記錄下碰撞前A車(chē)和碰撞后兩車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，如圖13乙所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,則碰撞前A車(chē)速度大小為m/s,碰撞后的共同速度大小為m/so如果已知碰撞過(guò)程中mv是不變量，則可求得mA:mB=。圖1-3長(zhǎng)椽"N " $7 " ¥八門(mén)“汽"洋遼安門(mén)，黃777777小卡片6 .某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過(guò)程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速運(yùn)動(dòng).然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示.在小車(chē)A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,長(zhǎng)

9、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，并將測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選段來(lái)計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度(以上兩格填"AB''或"BC”或"CD域"DET).(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量m=0.40kg,小車(chē)B的質(zhì)量n2=0.20kg,由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前nAVA+nBVB=kg-m/s；碰后nAVA+nBvB=kg-m/s.并比較碰撞刖后兩個(gè)小車(chē)質(zhì)重與速度的乘積之和是否相等.ABUDE卜8.40益十ICcm士9.08s+7 .如圖所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板

10、C、D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B,做探究碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn)：(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的祛碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷(xiāo)卡住A和B,在與A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)。CABp(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷(xiāo)放開(kāi)，同時(shí)起動(dòng)兩個(gè)'hI記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)A和B與t廣I1擋板C和D碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至C運(yùn)動(dòng)時(shí)間前，B至D運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2。(3)重復(fù)幾次取ti,t2的平均值。請(qǐng)回答以下幾個(gè)問(wèn)題：在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意;應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有;作用前A、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積之和為,作用后A、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積

11、之和為。例題答案：1 .答案ABD兩繩等長(zhǎng)能保證兩球正碰，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以A正確。由于計(jì)算碰撞前速度時(shí)用到了mgh=mv2/20,即初速度為0,B正確。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小球的性能無(wú)要求，C錯(cuò)誤。兩球正碰后，有各種運(yùn)動(dòng)情況，所以D正確。2 【答案】(1)BCDE(2)0.4200.417(3)誤差允許的范圍內(nèi)，碰前的質(zhì)量與速度乘積之和等于碰后的質(zhì)量與速度乘積之和，即碰撞過(guò)程中不變量為質(zhì)量與速度乘積之和。【解析】(1)從分析紙帶上打點(diǎn)的情況看，BC段既表示小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，又表示小車(chē)有較大速度，而AB段相同時(shí)間內(nèi)間隔不一樣，說(shuō)明剛開(kāi)始不穩(wěn)定，因此BC段較準(zhǔn)確描述小車(chē)A碰前的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)選用BC段計(jì)算A

12、碰前的速度，從CD段打點(diǎn)情況看，小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況還沒(méi)穩(wěn)定，而在DE段小車(chē)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，故應(yīng)選(2)小車(chē)A碰前速度V1 =DE段計(jì)算小車(chē)碰后 A和B的共同速度。BC15X50210.50X10-5X0.02m/sr.050m/s小車(chē)A碰前的質(zhì)量與速度乘積為mivi=0.40X1.050kgm/s=0.420kgm/s碰后A、B共同速度v'=-DEr=6.95><10m/s=0.695m/s工5X0.025X50兩車(chē)碰后的質(zhì)量與速度乘積之和為(mi+m2)v'1=(0.40+0.20)X0.695kgm/s=0.417kgm/s課后練習(xí)答案1 .解析：用天平測(cè)滑塊質(zhì)量，用刻度

13、尺測(cè)擋光片的寬度。運(yùn)動(dòng)時(shí)間是指擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，由光電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，因此不需要秒表。答案：C2 .解析：導(dǎo)軌不水平，小車(chē)速度將受重力的影響，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差；擋光片傾斜會(huì)導(dǎo)致?lián)豕馄瑢挾炔坏扔趽豕怆A段小車(chē)通過(guò)的位移，使計(jì)算速度出現(xiàn)誤差。答案：A、B3 .解析：桌面離水平地面的高度h(2)M歷瓦一mxi"J券=0(1)要找出碰撞中的不變量，應(yīng)測(cè)出兩滑塊及各自的速度。取向右方向?yàn)檎魯嗉?xì)線后，A向右做勻減速運(yùn)動(dòng)，初速度v，a=42ax2=、2vgxB向左做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)桌面高度為h,則h=2gt2,Xi=v'Bt,得V,B=-Xi、性。故要求出v'B,還應(yīng)測(cè)出ho.2h

14、(2)若mv為不變量，碰前MvA+mvB=0,碰后Mv'A+mv'b=0,故Mva+mvB=Mv'a+mvzb,即M也.gx-mxi"2h=。°)300x10-2d4 .解析：取向左方向?yàn)檎?，兩滑塊速度v'i=TTZm/s=0.094m/s,v'2=ti0.32&22-3.00X1020.21m/s 心0.143 m/s.燒斷細(xì)線前m1v1+m2V2=0燒斷細(xì)線后m1v'1+m2v'2=(0.170X0.0940.110X0.143)kgm/s=2.5X104kgm/s,在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，m1v1+m2v

15、2=m1v'1+m2v'2。答案：0.0940.14302.5X104kgm/s在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)，兩滑塊質(zhì)量與各自速度的乘積之和為不變量5.解析：由紙帶上點(diǎn)跡位置可知，前兩段間隔均為1.20cm,最后兩段間隔均為0.80cm,1.20X 10故小車(chē)均做勻速運(yùn)動(dòng)，碰前速度 v=0-02m/s= 0.60 m/s,碰后速度 v0.80X100.02m/s=0.40m/s。mAv=(mA+mB)v'，故mA：mB=2：1。答案：0.600.40mA：mB=2：16. (1)小車(chē)A碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打在紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車(chē)碰前速度應(yīng)選BC段；CD段上所

16、打的點(diǎn)由稀變密；可見(jiàn)在CD段A、B兩小車(chē)相互碰撞.A、B撞后一起做勻速運(yùn)動(dòng)，所打出的點(diǎn)又應(yīng)是間距均勻的.故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后速度.(2)碰前mAVA十mBVB=0.420kg-m/s.碰后mAVA/十mBVB'=(mA十mB)v=0.417kg-m/s.其中，VA=BC/At=1.05m/s。vA'=vB'=DE/At=0.695m/s.通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車(chē)的mV之和是相等的答案(1)BCDE(2)04200417點(diǎn)評(píng)此題是根據(jù)1998年上海高考題改編的，原題為驗(yàn)證碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，這里結(jié)合所學(xué)內(nèi)容將說(shuō)法稍作變動(dòng)此題的關(guān)鍵是選擇紙帶上的有效段，”理解