1、 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.探究碰撞中的不變量。探究碰撞中的不變量。 2.探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)。探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度和碰撞前后物體的速度v、v，找出，找出碰撞前的動(dòng)量碰撞前的動(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動(dòng)量及碰撞后的動(dòng)量p=m1v1+m2v2，看碰撞前后動(dòng)量，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。是否守恒。 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè)兩個(gè))、重物、彈簧片、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡

2、皮泥。細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。 方案二：帶細(xì)線的擺球方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。等。 方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè)兩個(gè))、天平、撞針、天平、撞針、橡皮泥。橡皮泥。 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 1.測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。 2.安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。 3.實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各實(shí)驗(yàn)：

3、接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量。改變滑塊的質(zhì)量。改變滑塊的初改變滑塊的初速度大小和方向速度大小和方向)。 4.探究碰撞中的不變量。探究碰撞中的不變量。 方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 1.測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2。 2.安裝：把兩個(gè)等大小球用等長懸線懸掛起來。安裝：把兩個(gè)等大小球用等長懸線懸掛起來。 3.實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰。實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰。 4

4、.測(cè)速度：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小測(cè)速度：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度。球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度。 5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 6.探究碰撞中的不變量。探究碰撞中的不變量。 方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 1.測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量。測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量。 2.安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光

5、滑長木板的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。泥。 3.實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車A運(yùn)動(dòng)，小車運(yùn)動(dòng)，小車B靜止，兩車碰撞時(shí)撞針靜止，兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)。插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)。 4.測(cè)速度：通過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由測(cè)速度：通過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由v=xt算出速算出速度。度。 5.改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)。改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 6.探究碰撞中的不變量。探究碰撞中的不變量。 五、注意事項(xiàng)五

6、、注意事項(xiàng) 1.前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平水平”和和“正碰正碰”。 2.方案提醒：方案提醒：(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。儀確保導(dǎo)軌水平。 (2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。 (3)探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各

7、種碰撞情況下都不改變。 六、誤差分析六、誤差分析 1.系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否為一維碰撞。碰撞是否為一維碰撞。 (2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩擦力。長木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩擦力。 2.偶然誤差：主要來源于質(zhì)量偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度和速度v的測(cè)量。的測(cè)量。 3.改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：(1)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守恒的設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守

8、恒的條件。條件。 (2)采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差。采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差?！纠纠?】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)：在的實(shí)驗(yàn)：在 小車小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜 止的小車止的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的具體裝置相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的具體裝置 如圖如圖3.5-2-1所示，在小車后連接著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源所示，在小車后連接著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源

9、 頻率為頻率為50 Hz，長木板墊著小木片以平衡摩擦力。，長木板墊著小木片以平衡摩擦力。 (1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖若已得到打點(diǎn)紙帶如圖3.5-2-2所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(標(biāo)在圖上標(biāo)在圖上)。 A為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)，則應(yīng)該選擇為運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)，則應(yīng)該選擇_段來計(jì)算段來計(jì)算A碰前的速度，應(yīng)選擇碰前的速度，應(yīng)選擇_ 段來計(jì)算段來計(jì)算A和和B碰后的共同速度。碰后的共同速度。(以上空格選填以上空格選填“AB”“BC”“CD”“DE”)。 (2)已測(cè)得小車已測(cè)得小車A的質(zhì)量的質(zhì)量m1=0.40 kg，小車，小車B的質(zhì)量的質(zhì)量m2=0.20 kg，由以上測(cè)，由以上測(cè) 量結(jié)果可得碰前量結(jié)果可得

10、碰前m1v0=_kgm/s；碰后；碰后(m1+m2)v共共=_kgm/s。 由此得出結(jié)論由此得出結(jié)論_。圖圖3.5-2-1圖圖3.5-2-2熱點(diǎn)一熱點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理的考查實(shí)驗(yàn)原理的考查BCDE0.4200.417在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中mv的矢量和是守恒的的矢量和是守恒的 【解析解析】(1)分析紙帶上的點(diǎn)跡可以看出，分析紙帶上的點(diǎn)跡可以看出，BC段既表示小車做勻速段既表示小車做勻速運(yùn)動(dòng)，又表示小車具有較大的速度，故運(yùn)動(dòng)，又表示小車具有較大的速度，故BC段能準(zhǔn)確地描述小車段能準(zhǔn)確地描述小車A碰前的碰前的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)當(dāng)選擇運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)當(dāng)選擇BC段計(jì)算小車段計(jì)算小車A碰前的

11、速度，而碰前的速度，而DE內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，故應(yīng)選擇定，故應(yīng)選擇DE段計(jì)算碰后段計(jì)算碰后A和和B的共同速度。的共同速度。 (2)小車小車A碰撞前的速度碰撞前的速度 m/s=1.050 m/s 小車小車A在碰撞前：在碰撞前： mAv0=0.401.050 kgm/s=0.420 kgm/s 碰后碰后A和和B的共同速度的共同速度 m/s=0.695 m/s 碰撞后碰撞后A和和B： (m1+m2)v共共=(0.20+0.40)0.695 kgm/s=0.417 kgm/s 結(jié)論：在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中結(jié)論：在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中mv的矢量和是守恒的。的矢量和是守恒的。02.0510

12、50.101520 fBCv02.051095.6152 fDEv共共【例【例2】氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用】氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用 氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊 懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有 摩擦。我們可以用帶豎直擋板摩擦。我們可以用帶豎直擋板C和和D的氣墊導(dǎo)軌的氣墊導(dǎo)軌 以及滑塊以及滑塊A和和B來探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)裝來探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)裝 置如圖置如圖3.5-2-3所示所示(彈簧的長度忽略不計(jì)彈簧的長度忽略不計(jì))，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：，采用

13、的實(shí)驗(yàn)步驟如下： a.用天平分別測(cè)出滑塊用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量的質(zhì)量mA、mB。 b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。 c.在在A和和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止地放置在氣墊導(dǎo)間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止地放置在氣墊導(dǎo) 軌上。軌上。 d.用刻度尺測(cè)出用刻度尺測(cè)出A的左端至的左端至C板的距離板的距離L1。 e.按下電鈕放開卡銷，同時(shí)使分別記錄滑塊按下電鈕放開卡銷，同時(shí)使分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作。運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作。 當(dāng)當(dāng)A、B滑塊分別碰撞滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下?lián)醢鍟r(shí)停止計(jì)時(shí)，記下A、

14、B分別到達(dá)分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 時(shí)間時(shí)間t1和和t2。 (1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是_。 (2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出關(guān)系式利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出關(guān)系式_成立，即可得出碰撞中成立，即可得出碰撞中 守恒的量是守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的的矢量和，上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相 等，產(chǎn)生誤差的原因是等，產(chǎn)生誤差的原因是_ _。 (3)利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大??？如能，請(qǐng)寫出表利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大小？如能，請(qǐng)寫出表 達(dá)式。達(dá)式。熱點(diǎn)二熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理實(shí)

15、驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理圖圖3.5-2-3測(cè)量的物理量為測(cè)量的物理量為B的右端至的右端至D板的距離板的距離L2不水平等造成誤差不水平等造成誤差有測(cè)量時(shí)間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導(dǎo)軌有測(cè)量時(shí)間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導(dǎo)軌02211 tLmtLmBA 【解析解析】(1)要測(cè)量要測(cè)量B的速度必須要先測(cè)出的速度必須要先測(cè)出B的位移和該的位移和該位移所用時(shí)間，故還應(yīng)測(cè)量的物理量為位移所用時(shí)間，故還應(yīng)測(cè)量的物理量為B的右端至的右端至D板的板的距離距離L2。 (2)因?yàn)榕鲎仓皟晌矬w都靜止即總動(dòng)量為零，所以要因?yàn)榕鲎仓皟晌矬w都靜止即總動(dòng)量為零，所以要得出守恒的量是得出守恒的量是mv的矢量和，需得到關(guān)系式的矢量和，需得到關(guān)系式