高中物理第十六章動(dòng)量守恒定律16.1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量課件新人教版選修

第十六章動(dòng)量守恒定律

第1節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量教學(xué)目標(biāo)：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(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體碰撞前后的速度的測(cè)量方法．3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法．引入思路：碰撞是常見(jiàn)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）中提出研究的問(wèn)題----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)律。

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）

兩節(jié)火車車廂之間的掛鉤靠碰撞連接

P2演示A、B是兩個(gè)懸掛起來(lái)的鋼球，質(zhì)量相等。使B球靜止，拉起A球，放開后A與B碰撞，觀察碰撞前后兩球運(yùn)動(dòng)的變化。換為質(zhì)量相差較多的兩個(gè)小球，重做以上實(shí)驗(yàn)通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看出，兩物體碰后質(zhì)量雖然沒(méi)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(guò)觀察現(xiàn)象猜想碰撞前后可能的“不變量”。

1.1一維碰撞如圖所示，A、B是懸掛起來(lái)的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后A球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為β角．如兩球的質(zhì)量mA=mB，碰后A球靜止，B球擺角β=α，這說(shuō)明A、B兩球碰后交換了速度；如果mA>mB，碰后A、B兩球一起向右擺動(dòng)；如果mA<mB，碰后A球反彈、B球向右擺動(dòng)．以上現(xiàn)象可以說(shuō)明什么問(wèn)題？1、實(shí)驗(yàn)探究的基本思路結(jié)論：以上現(xiàn)象說(shuō)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(shí)，速度變化的情況也不同．P2課文，描述思路兩個(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？m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’

？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？m1v12

+m2v2=m1v1’2+m2v2’2

？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？？

……指明了探究的方向和實(shí)驗(yàn)的目的制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：P4～P5參考案例：給學(xué)生一定的設(shè)計(jì)空間1.2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(cè)量2.1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)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動(dòng);2.2用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；2.3測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體在碰撞前后的速度．測(cè)量物體的速度可以有哪些方法？參考案例一――光電門測(cè)速原理如圖所示，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L(zhǎng)．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(guò)后不再擋光則停止計(jì)時(shí)，設(shè)記錄的時(shí)間為t，則滑塊相當(dāng)于在L的位移上運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t，所以滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度v=L/t．參考案例二――擺球測(cè)速原理實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。把兩個(gè)小球用線懸起來(lái)，一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰?？梢詼y(cè)量小球被拉起的角度，從而算出落下時(shí)的速度；測(cè)量被撞小球擺起的角度，從而算出被撞后的速度。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失。參考案例三――打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速原理將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面。讓小車A運(yùn)動(dòng)，小車B靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩個(gè)小車連接成一體（如上圖）。通過(guò)紙帶測(cè)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

參考案例四――平拋測(cè)速原理實(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(guò)測(cè)量桌高和水平位移，可以算出拋出時(shí)的初速度。3、實(shí)驗(yàn)方案一：

3.1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（a-1）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-2）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（a-3）實(shí)驗(yàn)記錄及分析（b）實(shí)驗(yàn)記錄及分析—（c）課堂小結(jié)1、基本思路（一維碰撞）與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量可能有哪些？碰撞前后哪個(gè)物理量可能是不變的？2、需要考慮的問(wèn)題碰撞必須包括各種情況的碰撞；物體質(zhì)量的測(cè)量（天平）；碰撞前后物體速度的測(cè)量（利用光電門或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等）。復(fù)習(xí)：沖量？動(dòng)量？區(qū)別及聯(lián)系？Ft=mv2-mv1I=Ftp=mv過(guò)程量狀態(tài)量矢量I=Δp矢量式一、動(dòng)量定理

1、定理內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于它動(dòng)量的變化的表達(dá)式：Ft=mv2-mv1解釋實(shí)際現(xiàn)象：1、玻璃杯掉在地上2、易碎品3、體育運(yùn)動(dòng)緩沖4、釘釘子5、鍛鋼6、瓦碎蛋全7、鳥撞飛機(jī)應(yīng)用動(dòng)量定理解題的步驟：

（1）選取研究對(duì)象，并找到它的初末動(dòng)量；（2）分析研究過(guò)程中物體的受力情況；（3）規(guī)定正方向，根據(jù)動(dòng)量定理列式；

當(dāng)直接計(jì)算動(dòng)量改變量困難時(shí)，不善于將問(wèn)題轉(zhuǎn)換成求合外力的沖量知識(shí)缺陷提示曲線運(yùn)動(dòng)中動(dòng)量的變化和沖量

例1、質(zhì)量為m的物體作平拋運(yùn)動(dòng)，求拋出后第2個(gè)t秒內(nèi)物體動(dòng)量的變化。

分析：由動(dòng)量定理，Δp=I合=mg

t，方向豎直向下。

已知物體所受的沖量，求動(dòng)量的變化。

例2、質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線掛在O點(diǎn)，將小球向右拉開，使細(xì)線與豎直方向成θ角后無(wú)初速釋放，已知小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)所需的時(shí)間為t，求這個(gè)過(guò)程中重力和合力的沖量。θhL

分析：IG=mg

t，方向豎直向下；由動(dòng)量定理，

I合=Δp=mv

-

0由機(jī)械能守恒可得：v=[2gL(1-cosθ)]1/2v方向水平向左。則

I合=m[2gL(1-cosθ)]1/2，

已知物體所受的動(dòng)量的變化，求沖量。動(dòng)能和動(dòng)量、動(dòng)能定理和動(dòng)量定理的區(qū)別

例3、質(zhì)量為m的小球以水平向右、大小為v1的初速度與豎直墻壁碰撞后，以大小為v2、水平向左的速度反彈，求此過(guò)程中墻壁對(duì)小球的功和沖量。（已知碰撞時(shí)間極短）v1