2015-2016学年16.1《实验：探究碰撞中的不变量》-课件

1.明确探究碰撞中的不变量的基本思路。2.掌握同一条直线上两个物体碰撞前后速度的测量方法。3.掌握实验数据的处理方法。打台球是同学们校外活动中非常喜欢的游戏，本节课首先通过视频《打台球》展示了各种花式台球的打法，令人眼花缭乱，很能吸引大家的眼球，引起大家的探究物体间碰撞规律的兴趣，导入新课。本节课是一节实验探究课，目的是要学生掌握探究问题的基本思路，实验数据的处理方法。所以首先说明问题探究的必要性和探究的目的，鼓励学生根据实验目的提出探究的不同方案。根据实验方案明确实验过程中需要记录的数据，设计表格，记录数据。碰撞有各种不同的方式，要达到一个共性的规律，各种碰撞都应该涉及。但斜碰又不好操作，所以本实验只研究了一维碰撞的各种情况：不同质量的物体间的碰撞；不同能量损耗的碰撞。使同学们有一个动量守恒定律普遍适用的印象。实验数据的处理方法是实验的一个重要目的，所以最后设计了一个典例探究，考查、训练学生的处理数据的能力。台球的各种花式打法一维碰撞：碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。3.各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。2.速度的测量：v＝Δx/Δt，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)经过光电门的时间。1.质量的测量：用天平测量。如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车A运动，小车B静止。在两小车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，把两个小车连接成一体（如下图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。两物体质量与速度的乘积之和，即m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′是否成立？或者质量与速度平方乘积之和即m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2是否成立？还是有其他的可能？或者成立？12121222vvvvmmmm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。方案二：带细线的摆球(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。不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1.用天平测相关质量；2.安装实验装置；3.使物体发生碰撞；4.测量或读出相关物理量，计算有关速度；5.改变碰撞条件，重复步骤3、4；6.进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量；7.整理器材，结束实验。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。m1=4m2=4m1=4m2=4v1=9v2=0v1ʹ=3v2ʹ=6m1v1+m2v2=m1v1ʹ+m2v2ʹ=m1v12+m2v22=m1v1ʹ2+m2v2ʹ2=1212vvmm1212v'v'mmm1=4m2=2m1=4m2=2v1=9v2=0v1ʹ=4.5v2ʹ=9m1v1+m2v2=m1v1ʹ+m2v2ʹ=m1v12+m2v22=m1v1ʹ2+m2v2ʹ2=1212vvmm1212v'v'mmm1=2m2=4m1=2m2=4v1=6v2=0v2ʹ=4m1v1+m2v2=m1v1ʹ+m2v2ʹ=m1v12+m2v22=m1v1ʹ2+m2v2ʹ2=1212vvmm1212v'v'mmm1=4m2=2m1=4m2=2v1=0v2=0v1ʹ=2m1v1+m2v2=m1v1ʹ+m2v2ʹ=m1v12+m2v22=m1v1ʹ2+m2v2ʹ2=1212vvmm1212v'v'mmm1=4m2=2m1=4m2=2v1=9v2=0v1ʹ=6v2ʹ=6m1v1+m2v2=m1v1ʹ+m2v2ʹ=m1v12+m2v22=m1v1ʹ2+m2v2ʹ2=1212vvmm1212v'v'mm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，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′2.实验结论1．保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。3．若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。4．碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求。某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示实验过程：(1)调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作；(2)在滑块1上装上挡光片并测出其长度L；(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)；(4)用天平测出滑块1和滑块2的质量m1、m2；(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态(v2＝0)，用滑块1以初速度v1与之碰撞(这时光电计时器系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2；(6)先根据v＝L/t计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较大小。次数滑块1滑块2碰前质量×速度碰后质量×速度v1vv2vm1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.269碰前、碰后质量×速度大小并不完全相等，产生误差的原因是：请完成以上表格。实验数据：m1＝0.324kgm2＝0.181kgL＝1.00×10－3m速度单位：m/s次数滑块1滑块2碰前质量×速度碰后质量×速度v1vv2vm1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.2690.09400.0930.1380.1360测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等造成误差【答案】基本思路(一维碰撞)与物体运动有关的物理量可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不变的？需要考虑的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞物体质量的测量(天平)碰撞前后物体速度的测量(利用光电门或打点计时器等)