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高二物理选修3-5知识点精讲优练课件19

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第十六章 动量守恒定律 1 实验:探究碰撞中的不变量 1.明确探究碰撞中不变量的基本思路。 2.探究一维碰撞中的不变量。 1.实验猜想: 在一维碰撞的前提下,设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前 它们的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′。 规定某一速度方向为正。 碰撞前后速度的变化和物体的质量的关系,我们可以做如下猜 测: (1)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′ ? 2? m1v12 ? m2 v22 ? m1v?12 ? m2 v?22 v1 v2 v1? v2 ? ? ? ? m1 m2 m1 m2 上面的关系式中哪一个是成立的 ? ? 3? 2.实验方案: 方案(一):利用气垫导轨完成一维碰撞实验; 方案(二):利用等长悬线悬挂等大的小球完成一维碰撞实验; 方案(三):在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验; 方案(四):利用等大的小球做*抛运动完成一维碰撞实验。 这四个实验方案共同之处都是需要用天*测量发生碰撞的物体 质量,不同之处在于速度的测量方法各不相同: 方案(一):利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰 撞前后的速度。 方案(二):可以通过测量小球碰撞前后摆起的角度,算出碰撞前 后对应小球的速度。 方案(三):通过纸带上两计数点间的距离及时间,由v= ?x 算出 速度。 ?t 方案(四):根据*抛运动知识,将速度的测量转化为长度的测 量,用小球碰撞前后落地距离替代碰撞前后的速度。 方案(一):气垫导轨、光电计时器、天*、滑块(两个)、弹簧 片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案(二):带细线的小球(两套)、铁架台、天*、量角器、坐 标纸、胶布等。 方案(三):光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天 *、撞针、橡皮泥、刻度尺等。 方案(四):斜槽,两个大小相等、质量不同的小球,重垂线,复写 纸,白纸,天*,刻度尺,圆规,三角板等。 【实验过程】 一、实验步骤 方案(一):利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞。这一实验不 仅能保证碰撞是一维的,还可以做出多种情形的碰撞,速度的测 量误差较小,这个方案是本实验的首选。 (1)用天*测量两滑块质量m1、m2。 (2)调整导轨使之处于水*状态,并使光电计时器系统正常工 作。 (3)记录光电门挡光片的宽度Δ x以及光电计时器显示的挡光时 间Δ t,利用公式v= 互作用前后不变的量。 计算出两滑块碰撞前后的速度。探究相 ?x ?t (4)气垫导轨上可以做三次不同的实验: ①如图所示,用细线将弹簧片拉成弓形,放在两个滑块之间,并 使它们静止,然后烧断细线,两滑块随即向相反方向运动。探究 烧断细线前后不变的量。 ②如图所示,在滑块两端装上弹簧,使两滑块相互碰撞。探究碰 撞前后不变的量。 ③如图所示,在两滑块上分别装上撞针和橡皮泥,二者相碰后粘 在一起。探究碰撞前后不变的量。 将实验中测得的物理量填入如下表格。 (m1=________;m2=________) 碰撞前 碰撞后 v2 v 1′ v 2′ 速度 v1 mv m1v1+m2v2 m1v1′+m2v2′ mv2 2 m1v12 ? m2 v2 m1v1?2 ? m2 v2 ?2 v m v1 v2 ? m1 m2 v1? v2 ? ? m1 m2 代入m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(矢量式),看在误差允许的范围内 是否成立。 方案(二):利用等长悬线悬挂的半径相等的小球做实验。 为了保证发生一维碰撞,最好选用钢杆悬挂 的小球或选用双线摆。事先测量两个小球 的质量m1、m2,然后一个小球静止,拉起另一 个小球使它摆动到最低点时与静止小球相碰。由小球被拉起和 摆动的角度来算出小球碰前速度v1和碰后速度v1′、v2。代入 m1v1=m1v1′+m2v2(矢量式),看在误差允许的范围内是否成立。 方案(三):利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车。 事先用天*测量小车A、B的质量m1、m2。小车A连接纸带通过 打点计时器,小车B静止,两车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,两 车撞后连成一体,通过纸带测出它们碰撞前后的速度v1和v。然 后代入m1v1=(m1+m2)v,看在误差允许的范围内是否成立。 方案(四):利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律。 (1)用天*测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。 (2)按照如图所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水*。 (3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所 指的位置O。 (4)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下, 重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。 圆心P就是小球落点的*均位置。 (5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由 滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出 碰后入射小球落点的*均位置M和被撞小球落点的*均位置N, 如图所示。 (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入自制 的表中。最后代入m1OP=m1OM+m2ON,看在误差允许的范围内是否 成立。 二、数据处理 1.计算表格中所涉及的各项的对应数据。 2.比较各类碰撞前后的数据结果。 3.结论:经过验证后可知,在误差允许的范围内,碰撞前后不变 的量是物体的质量与速度的乘积之和,即m1v1+m2v2=m1v1′+ m2v2′。 【实验探究】 1.在“利用气垫导轨探究碰撞过程中的守恒量”时,需将气垫 导轨调至水*,其水*的标志是什么? 提示:打开气泵后,导轨上的滑块应能在导轨上的任何位置保持 静止。 2.在“利用单摆探究碰撞中的守恒量”的实验中,角度的测量 该用什么方法实现? 提示:用一块木板,上面固定一张白纸,把它放在两个小球摆动、 碰撞的那个竖直*面的后面,先用铅笔描下一个小球



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