選修3-5：1.1《探究碰撞過程中的不變量》導(dǎo)學(xué)案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第一節(jié)實驗：探究碰撞中的不變量導(dǎo)學(xué)案2012.7.9【學(xué)法指導(dǎo)】跟著物理學(xué)家的腳步去尋找多變世界中的不變量吧！【目標(biāo)導(dǎo)學(xué)】1了解生產(chǎn)、生活中的碰撞現(xiàn)象；2明確探究碰撞中的不變量的基本思路；3掌握同一條直線上運(yùn)動的兩個物體碰撞前、后速度的測量方法；4掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法；5根據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計案例并要求掌握不同案例的原理和方法?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：探究碰撞中的不變量難點(diǎn)：速度的測量方法、實驗數(shù)據(jù)的處理【自主學(xué)習(xí)、合作探究】一、實例探究：了解并舉例生產(chǎn)、生活中的碰撞現(xiàn)象臺球由

2、于兩球碰撞而改變運(yùn)動狀態(tài)；微觀粒子之間由于相互碰撞而改變能量，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子。兩個物體發(fā)生碰撞后速度都發(fā)生變化，質(zhì)量不同時速度變化情況不同。但是物理學(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)通過實驗探究碰撞過程中的什么物理量保持不變（守恒）二、實驗探究：1實驗?zāi)康脑搶嶒灥哪康氖?，由于質(zhì)量不是描述運(yùn)動狀態(tài)的量，因此我們需要在包括物體質(zhì)量和速度在內(nèi)的整體關(guān)系中探究那些是不變的，所以實驗中一方面需要控制碰撞必須是一維碰撞，另一方面還要測量物體的質(zhì)量和速度，并通過計算探究不變量存在的可能性。2實驗探究的基本思路（1）什么是一維碰撞？ （2）動手練習(xí)：如圖所示，A、B是懸掛起來

3、的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度，放開后A球運(yùn)動到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為角。如果mA=mB，碰后A、B兩球碰后交換了速度；如果mAmB，碰后A、B兩球一起向右擺動；如果mAmB，碰后A球反彈、B球向右擺動。以上現(xiàn)象說明：A、B兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)A、B兩球的質(zhì)量關(guān)系發(fā)生變化時，速度變化的情況也不同。由此我們可以大膽猜想：尋找的碰撞中的不變量應(yīng)該與什么因素有關(guān)呢？你都產(chǎn)生了哪些形式的猜想呢？（3）探究實驗中需要考慮哪些問題？（4）如果小球碰撞后運(yùn)動的速度與原來的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？ 3實驗探究案例設(shè)計舉例設(shè)計實驗方案一：光電門測速原理利用氣墊導(dǎo)軌實現(xiàn)一維碰

4、撞，如圖（1）質(zhì)量的測量：用天平測量（2）速度的測量：，式中為滑塊（擋光片）的寬度，為數(shù)字計時器顯示的滑塊（擋光片）經(jīng)過光電門的時間。（3）各種碰撞情景的實現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計各種類型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量。設(shè)計實驗方案二：擺球測速原理實驗裝置如圖所示。利用等長懸線懸掛等大小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞。（1）質(zhì)量的測量：用天平測量（2）速度的測量：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度。（3）不同碰撞情景的實現(xiàn)：用貼膠布的方法增大兩球碰撞時的能量損失。設(shè)計實驗方案三：打點(diǎn)計時器

5、測速原理利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實現(xiàn)一維碰撞，如圖。（1）質(zhì)量的測量：用天平測量（2）速度的測量：，為紙帶上兩計數(shù)點(diǎn)間的距離，可用刻度尺測量。為小車經(jīng)過所用的時間，可由打點(diǎn)間隔算出。設(shè)計實驗方案四：平拋測速原理實驗裝置如圖所示。讓一個質(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

6、相同的平拋運(yùn)動，在落地前運(yùn)動時間相等，因此用飛行時間作時間單位，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、v1、v2，從而實現(xiàn)v1、v1、v2和OP、OM、O/N的等量代換。4實驗步驟不論采用那種方案，實驗過程均可按實驗方案合理安排，參考步驟如下：（1）用天平測量相關(guān)質(zhì)量（2）安裝實驗儀器（3）使物體發(fā)生一維碰撞（4）測量或讀出相關(guān)物理量，計算有關(guān)速度（5）改變碰撞條件，重復(fù)步驟（3）（4）（6）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過分析比較，找出碰撞中的不變量（7）整理器材，結(jié)束實驗5實驗數(shù)據(jù)分析將實驗中測得的數(shù)據(jù)填入下表中，然后探究不變量（完成下表）碰撞前碰撞后質(zhì)

7、量m1m2m1m2速度v1v2v/1v/2mvmv2結(jié)論：通過以上實驗，找到的碰撞前后的“不變量”可能是 。6注意事項（1）保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動，碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動。（2）若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。（3）若利用擺球進(jìn)行實驗，兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。（4）碰撞有很多情形，我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求。7誤差分析（1）碰撞是否為一維碰撞是產(chǎn)生誤差的一個原因，設(shè)計實驗方案時應(yīng)保證碰撞為一維碰撞。（2）碰撞中是否受其他力（

8、例如摩擦力）影響是帶來誤差的又一個原因，實驗中要合理控制實驗條件，避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度。8實驗探究中要注意的兩個問題（1）保證兩個物體做一維碰撞：可用斜槽、氣墊導(dǎo)軌等控制物體的運(yùn)動。（2）速度的測量要比較方便、精確：可利用光電門、打點(diǎn)計時器（配紙帶）、閃光照片等手段，也可利用勻速運(yùn)動、平拋運(yùn)動等間接測量?！窘?jīng)典體驗】例：在探究碰撞中的不變量實驗中：（1）甲同學(xué)利用水平放置的氣墊導(dǎo)軌做的實驗，如圖所示，圖中A、B裝置叫 ，其作用是 。（2）某同學(xué)設(shè)計了一個用打點(diǎn)計時器做探究碰撞中的不變量的實驗，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

9、碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速運(yùn)動，設(shè)計圖如圖所示：在小車A的后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計時器的頻率為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_段來計算A碰前的速度，應(yīng)選_段來計算A和B碰后的共同速度。（2）已測得小車A的質(zhì)量mA=0.4kg，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： 。【自主探究、課堂反饋】1.某同學(xué)利用打點(diǎn)計時器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗；氣墊導(dǎo)軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小

10、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(dǎo)軌上，如圖(b)所示，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)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(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌通人壓縮空氣；把打點(diǎn)計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計時器的高度，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(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間； 先 ，然后 ，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動；取下紙帶，重復(fù)步驟，選出較理想的紙帶如下圖所示： 測得滑塊1(包

11、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(diǎn)計時器每隔0.02s打一個點(diǎn)，計算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為 kgms；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為 kgms(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 ?！緟⒖冀虒W(xué)分析】1實驗?zāi)康模涸搶嶒灥哪康氖亲穼づ鲎策^程中的不變量2實驗探究的基本思路（1）什么是一維碰撞？兩個物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動，碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動，這種碰撞叫做一維碰撞。（2）動手練習(xí)實驗思路：與運(yùn)動有關(guān)的物理量可能有那些；碰撞前后那些物理量可能不變；如何研究碰撞的各

12、種不同形式。猜想：， （3）探究實驗中需要考慮哪些問題？怎樣保證碰撞是一維的？如何測量質(zhì)量？如何測量速度？數(shù)據(jù)如何處理？在一維碰撞的情況下，設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為、，在不同的案例條件下，測量出以上質(zhì)量和速度；注意掌握速度測量方法和實驗數(shù)據(jù)處理方法。（4）如果小球碰撞后運(yùn)動的速度與原來的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？如果速度與我們規(guī)定的正方向一致取正值，相反取負(fù)值，研究（2）中猜想式子是否成立。5實驗數(shù)據(jù)分析將實驗中測得的數(shù)據(jù)填入下表中，然后探究不變量（完成下表）碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v/1v/2mvm1 v1+ m2 v2m1 v/1+ m2 v/2mv2【經(jīng)典體驗】（1）【答案】光電計時器(或“光電門”)，測量兩滑塊碰撞前后的速度（答“測量時間”也算正確）（2）【答案】：（1）BC，DE（2）在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，在物體的碰撞過程中，碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量和速度的乘積之和是不變量，即mA vA+ mB vB= mA v/A+ mB v/B【解析】（1）小車A碰