高中物理 第十六章 运量守恒定律 第1节 实验：探究碰撞中的不变量教师用书 新人教版选修3-5-新人教版高二选修3-5物理学案VIP免费

第1节实验：探究碰撞中的不变量一、实验目的1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路．2．探究一维碰撞中的不变量．二、实验原理1．探究思路(1)一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞．(2)追寻不变量：在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值．相反取负值，依次研究以下关系是否成立：①m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2；②m1v＋m2v＝m1v′＋m2v′；③＋＝＋.探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v′1、v′2.2．实验方案方案一利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．实验装置如图所示．(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．Δt为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出．这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况．方案二利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图所示．(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度．(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失．方案三利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示．1(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：利用公式v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块挡光片经过光电门对应的时间．(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量．(4)实验方法①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)．②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)可以得到能量损失很小的碰撞．③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞．方案四利用斜槽实现两小球的一维碰撞，如图甲所示．让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动．(1)质量的测量：用天平测量质量．(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等．如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度．因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s′1和s′2.若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s′1＋m2s′2相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量．(3)让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验．三、实验步骤不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1．用天平测出相关质量．2．安装实验装置．3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度．4．改变碰撞条件，重复实验．5．通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量．26．整理器材，结束实验．四、数据处理与误差分析1．实验数据的处理为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格，然后探究不变量．碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v′1v′2mvm1v1＋m2v2m1v′1＋m2v′2mv2m1v＋m2vm1v′＋m2v′＋＋从表中所列的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后守恒的量．2．实验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乘积之和，即m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2.3．误差分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：①碰撞是否为一维碰撞．②实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力．(2)偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量．五、注意事项1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．2．方案提醒(1)若利用气...