海南省海口市第十四中学高中物理第十六章探究碰撞中的不变量学案新人教版选修3-5【实验目的】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。【实验原理】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v′1、v′2。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=m1v′1+m2v′2(2)m1v12+m2v22=m1v′12+m2v′22(3)上面的关系式中哪一个是成立的?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)：利用等大的小球做平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平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，由算出速度。【实验器材】方案(一)：气垫导轨、光电计时器、天平、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、天平、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)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。实验过程探究一、实验步骤1.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(1)用天平测量两滑块质量m1、m2。(2)调整导轨使之处于水平状态，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Δx以及光电计时器显示的挡光时间Δt，利用公式计算出两滑块碰撞前后的速度。探究相互作用前后不变的量。2代入m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。2.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。3.方案(三)：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车。事先用天平测量小车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。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3m1v1+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平，其水平的标志是什么?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?3.“利用打点计时器探究碰撞中的守恒量”时，发现纸带上的点迹有一部分分布均匀，有一部分分布不均匀，应选取哪一部分计算速度，试分析选取的原因。4.怎样才能保证碰撞是一维的?5.在以上的几个实验方案中，分别怎样测量物体运动的速度?4
