第一節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量課前自主學(xué)案核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練

第一節(jié)課前自主學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．明確探究碰撞中的不變量的基本思路．2．探究一維碰撞中的不變量．(3)各種碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類(lèi)型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量．方案二：利用等長(zhǎng)懸線(xiàn)懸掛等大小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞(1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量．(2)速度的測(cè)量：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．2．追尋不變量在一維碰撞的情況下，與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理量只有物體的質(zhì)量和物體的速度，設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v′1、v′2.如果速度與規(guī)定的正方向一致，則速度取正值，否則取負(fù)值．依據(jù)猜想與假設(shè)，依次研究以下關(guān)系是否成立：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(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥．方案二：帶細(xì)線(xiàn)的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等．方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(chē)(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥．四、實(shí)驗(yàn)步驟不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下：1．用天平測(cè)相關(guān)質(zhì)量．2．安裝實(shí)驗(yàn)裝置．3．使物體發(fā)生碰撞．4．測(cè)量或讀出相關(guān)物理量，計(jì)算有關(guān)速度．5．改變碰撞條件，重復(fù)步驟3、4.6．進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)分析比較，找出碰撞中的守恒量．7．整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn)．核心要點(diǎn)突破一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論1．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理為了探究碰撞中的不變量，將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的物理量填入如下表格，然后探究不變量.從表中所列的三個(gè)關(guān)系中，找出碰撞前和碰撞后守恒的量.2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后可知，在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.二、誤差分析1．碰撞是否為一維碰撞，是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞．2．碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影響是產(chǎn)生誤差的又一個(gè)原因，實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件，避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度．三、注意事項(xiàng)1．保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．2．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．3．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(xiàn)上，且剛好接觸，擺線(xiàn)豎直，將小球拉起后，兩條擺線(xiàn)應(yīng)在同一豎直面內(nèi)．4．碰撞有很多情形．我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求．課堂互動(dòng)講練類(lèi)型一用氣墊導(dǎo)軌探究不變量 (2011年鹽城高二檢測(cè))某實(shí)驗(yàn)小組選用水平氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)等測(cè)量裝置來(lái)探究碰撞中的不變量．實(shí)驗(yàn)儀器如圖16－1－1所示．例1圖16－1－1實(shí)驗(yàn)過(guò)程：(1)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，并使光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)正常工作．(2)在滑塊1上裝上擋光片并測(cè)出其長(zhǎng)度L.(3)在滑塊2的碰撞端面粘上橡皮泥(或雙面膠紙)．(4)用天平測(cè)出滑塊1和滑塊2的質(zhì)量m1、m2.(5)把滑塊1和滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌上，讓滑塊2處于靜止?fàn)顟B(tài)(v2＝0)，用滑塊1以初速度v1與之碰撞(這時(shí)光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算時(shí)間)，撞后兩者粘在一起，分別記下滑塊1的擋光片碰前通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間t1和碰后通過(guò)光電門(mén)的遮光時(shí)間t2.(6)先根據(jù)v＝L/t計(jì)算滑塊1碰撞前的速度v1及碰后兩者的共同速度v；再計(jì)算兩滑塊碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積，并比較大?。畬?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：m1＝0.324kg

m2＝0.181kg

L＝1.00×10－3m次數(shù)滑塊1滑塊2碰前質(zhì)量×速度kg·m·s－1碰后質(zhì)量×速度kg·m·s－1v1/m·s－1v/m·s－1v2/m·s－1v/m·s－1m1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.269碰前、碰后質(zhì)量×速度大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是：【精講精析】次數(shù)滑塊1滑塊2碰前質(zhì)量×速度kg·m·s－1碰后質(zhì)量×速度kg·m·s－1v1/m·s－1v/m·s－1v2/m·s－1v/m·s－1m1v1m2v2(m1＋m2)v10.2900.18400.1840.09400.09320.4260.26900.2690.13800.136測(cè)量時(shí)間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導(dǎo)軌水平等造成誤差【答案】見(jiàn)精講精析

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)．他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖16－1－2所示，在小車(chē)A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．類(lèi)型二用斜面小車(chē)探究不變量例2圖16－1－2(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖16－1－3所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)，則應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算A的碰前速度．應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度．(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)．圖16－1－3(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量m1＝0.40kg，小車(chē)B的質(zhì)量m2＝0.20kg.由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前mAv0＝________kg·m/s；碰后(mA＋mB)v共＝________kg·m/s.由此得出結(jié)論____________________________________．【思路點(diǎn)撥】小車(chē)拖著通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，紙帶上的點(diǎn)跡記錄了兩個(gè)小車(chē)碰撞前后的情況，要根據(jù)實(shí)際碰撞的狀況來(lái)判斷紙帶上哪一段是碰前的，哪一段是碰后的．【精講精析】

(1)從分析紙帶上打點(diǎn)情況看，BC段既表示小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，又表示小車(chē)有較大速度，因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車(chē)A在碰撞前的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)選BC段計(jì)算A的碰前速度，從CD段打點(diǎn)情況看，小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況還沒(méi)穩(wěn)定，而在DE段內(nèi)小車(chē)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后A和B的共同速度．小車(chē)A、B碰撞后：(mA＋mB)v共＝(0.20＋0.40)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s.所以在誤差許可的范圍內(nèi)可證明碰撞中mv的矢量和是守恒的量．【答案】見(jiàn)精講精析

某同學(xué)用如圖16－1－4甲所示裝置通過(guò)半徑相同的A、B兩球的碰撞來(lái)探究碰撞過(guò)程中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開(kāi)始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開(kāi)始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次．類(lèi)型三用斜槽軌道探究不變量例3圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)，B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊．圖16－1－4(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為_(kāi)_______cm.(2)在以下選項(xiàng)中，本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量是________．A．水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離B．測(cè)量A球與B球碰撞后，A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離C．測(cè)量A球與B球的質(zhì)量D．測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度【思路點(diǎn)撥】?jī)汕蛳侣涓叨认嗤?，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律知，其初速度可由水平位移求出，在時(shí)間相同的條件下，可變求質(zhì)量與速度乘積為求質(zhì)量與水平位移乘積，從而來(lái)探究碰撞過(guò)程中mv的矢量和是否是不變量，該方案相比教材中三種方案從實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程來(lái)說(shuō)更方便．【精講精析