【教科版選修3-5】高中物理：14《動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用(第4課時(shí))》課件

高中物理·選修3-5·教科版1.3動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用第五課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)量守恒定律12024/4/1高中物理·選修3-5·教科版1.3動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用第五[目標(biāo)定位]

1.明確探究物體碰撞中動(dòng)量變化規(guī)律的基本思路.2.掌握直線運(yùn)動(dòng)物體速度的測(cè)量方法．22024/4/1[目標(biāo)定位]1.明確探究物體碰撞中動(dòng)量變化規(guī)律的基本思路.猜想與假設(shè)

為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，這里研究?jī)蓚€(gè)物體的碰撞，且碰撞前兩物體沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動(dòng)．

設(shè)兩個(gè)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v1′、v2′，如果速度與我們規(guī)定的正方向相同取正值，相反取負(fù)值．

根據(jù)實(shí)驗(yàn)求出兩物體碰前動(dòng)量p＝m1v1＋m2v2，碰后動(dòng)量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p與p′是否相等，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．32024/4/1猜想與假設(shè)32024/3/31實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題： (1)如何保證碰撞前后兩物體速度在一條直線上． (2)如何測(cè)定碰撞前、后兩物體的速度．實(shí)驗(yàn)案例氣墊導(dǎo)軌上的實(shí)驗(yàn)

氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電計(jì)時(shí)器、天平等．

氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1－7－1所示，由導(dǎo)軌、滑塊、擋光片、光電門(mén)等組成，在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上(如42024/4/1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)42024/3/31圖1－7－2所示，圖中氣墊層的厚度放大了很多倍)，這樣大大減小了由摩擦產(chǎn)生的影響．圖1－7－252024/4/1圖1－7－2所示，圖中氣墊層的厚度放大了很多倍)，這樣大大減(1)質(zhì)量的測(cè)量：用_____測(cè)量．(2)速度的測(cè)量：用___________測(cè)量．圖1－7－2天平光電計(jì)時(shí)器62024/4/1(1)質(zhì)量的測(cè)量：用_____測(cè)量．圖1－7－2天平光電計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)步驟1．如圖1－7－2所示調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，使其水平．是否水平可按如下方法檢查：打開(kāi)氣泵后，導(dǎo)軌上的滑塊應(yīng)該能保持靜止．2．按說(shuō)明書(shū)連接好數(shù)字計(jì)時(shí)器與光電門(mén)．3．如圖1－7－3所示，把中間夾有彎形彈簧片的兩滑塊置于光電門(mén)中間保持靜止，燒斷拴彈簧片的細(xì)線，測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量和速度，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記入設(shè)計(jì)好的表格中．72024/4/1實(shí)驗(yàn)步驟72024/3/31圖1－7－34．如圖1－7－4所示，在滑塊上安裝好彈性碰撞架．將兩滑塊從左、右以適當(dāng)?shù)乃俣冉?jīng)過(guò)光電門(mén)后在兩光電門(mén)中間發(fā)生碰撞，碰撞后分別沿各自碰撞前相反的方向運(yùn)動(dòng)再次經(jīng)過(guò)光電門(mén)，光電計(jì)時(shí)器分別測(cè)出兩滑塊碰撞前后的速度．測(cè)出它們的質(zhì)量后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記入相應(yīng)表格中．82024/4/1圖1－7－382024/3/31圖1－7－45．如圖1－7－5所示，在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥，將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門(mén)之間，裝有撞針的滑塊從一側(cè)經(jīng)過(guò)光電門(mén)后兩滑塊碰撞，一起運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)另一光電門(mén)，測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量和速度，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記入相應(yīng)表格中．92024/4/1圖1－7－492024/3/31圖1－7－5102024/4/1圖1－7－5102024/3/316．根據(jù)上述各次碰撞的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋找物體碰撞中動(dòng)量變化的規(guī)律．氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碰撞前后兩滑塊的動(dòng)量之和保持不變．碰撞(燒斷)前碰撞(燒斷)后質(zhì)量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′結(jié)論112024/4/16．根據(jù)上述各次碰撞的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋找物體碰撞中動(dòng)量變化的規(guī)律．典例分析【例1】

(2014·課標(biāo)Ⅱ)現(xiàn)利用圖1－7－6(a)所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．在圖(a)中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計(jì)時(shí)器(未完全畫(huà)出)可以記錄遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間．122024/4/1典例分析122024/3/31圖1－7－6132024/4/1圖1－7－6132024/3/31實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊B的質(zhì)量m2＝0.108kg，遮光片的寬度d＝1.00cm；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率f＝50.0Hz.將光電門(mén)固定在滑塊B的右側(cè)，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示．142024/4/1實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊B的質(zhì)量m2答案見(jiàn)解析152024/4/1答案見(jiàn)解析152024/3/31162024/4/1162024/3/31【例2】某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的動(dòng)量變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1－7－7所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門(mén)等組成． (1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：

①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；圖1－7－7172024/4/1【例2】某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的動(dòng)量變化規(guī)律”的②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③接通光電計(jì)時(shí)器；④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑥釋放滑塊1，滑塊1通過(guò)光電門(mén)1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過(guò)光電門(mén)2，兩滑塊通過(guò)光電門(mén)后依次被制動(dòng)；⑦讀出滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的擋光時(shí)間分別為滑塊1通過(guò)光電門(mén)1的擋光時(shí)間Δt1＝10.01ms，通過(guò)光電門(mén)2的擋光時(shí)間Δt2＝49.99ms，滑塊2通過(guò)光電門(mén)2的擋光時(shí)間Δt3＝8.35ms；182024/4/1②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；182024/3/31⑧測(cè)出擋光片的寬度d＝5mm，測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為m1＝300g，滑塊2(包括彈簧)質(zhì)量為m2＝200g；(2)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A._______________________，B．__________________________．②碰撞前滑塊1的速度v1為_(kāi)_______m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為_(kāi)_______m/s；滑塊2的速度v3為_(kāi)_______m/s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)192024/4/1⑧測(cè)出擋光片的寬度d＝5mm，測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量③在誤差允許的范圍內(nèi)，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以探究出碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)量和總動(dòng)能如何變化？通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析說(shuō)明理由．a(chǎn)．________________________；b．________________________．答案

①A.大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差．B．保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的．②0.50

0.10

0.60③a.系統(tǒng)碰撞前、后質(zhì)量與速度的乘積之和不變b．碰撞前后總動(dòng)能不變202024/4/1③在誤差允許的范圍內(nèi)，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以探究出碰撞前后系212024/4/1212024/3/31222024/4/1222024/3/31【例3】

(2014·松原高二檢測(cè))某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中動(dòng)量變化規(guī)律”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)的實(shí)驗(yàn)具體裝置如圖1－7－8所示，在小車(chē)A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源頻率為50Hz，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．圖1－7－8232024/4/1【例3】(2014·松原高二檢測(cè))某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)(1)若實(shí)驗(yàn)已得到的打點(diǎn)紙帶如圖1－7－9所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(標(biāo)在圖上)，則應(yīng)該選________段來(lái)計(jì)算A的碰撞前速度；應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度(選填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)．(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mA＝0.40kg，小車(chē)B的質(zhì)量mB＝0.20kg.由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前mAvA＝________kg·m/s；碰后：(mA＋mB)v共＝________kg·m/s.圖1－7－9242024/4/1(1)若實(shí)驗(yàn)已得到的打點(diǎn)紙帶如圖1－7－9所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)由此得出結(jié)論是_____________________________________．(本題計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)答案

(1)BC

DE(2)0.420

0.417結(jié)論見(jiàn)解析解析

(1)小車(chē)碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打出紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車(chē)碰前的速度應(yīng)選BC段．CD段上所打的點(diǎn)由稀變密，可見(jiàn)在CD段A、B兩小車(chē)相互碰撞．A、B碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以打出的點(diǎn)又是間距均勻的，故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后的速度．2520