實驗：研究碰撞中的動量守恒【學習目標】1．明確探究碰撞中的不變量的基本思路；2．掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前、后速度的測量方法；3．掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法；4．掌握案例的原理、方法．【要點梳理】要點詮釋：要點一、實驗內(nèi)容1．實驗目的該實驗的目的是追尋碰撞過程中的不變量，由于質(zhì)量不是描述運動狀態(tài)的量，因此我們需要在包括物體質(zhì)量和速度在內(nèi)的整體關(guān)系中探究哪些是不變的，所以實驗中一方面需要控制碰撞必須是一維碰撞，另一方面還要測量物體的質(zhì)量和速度，并通過計算探究不變量存在的可能性．2．實驗探究的基本思路（1）一維碰撞．兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動，這種碰撞叫做一維碰撞．（2）追求不變量．3．實驗探究的案例方案一：利用氣墊導軌實現(xiàn)一維碰撞，如圖所示．（1）質(zhì)量的測量：用天平測量．（3）各種碰撞情景的實現(xiàn)：利用彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計各種類型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量．方案二：利用等長懸線懸掛等大小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞，如圖所示．（1）質(zhì)量的測量：用天平測量．（2）速度的測量：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度．（3）不同碰撞情景的實現(xiàn)：用貼膠布的方法增大兩球碰撞時的能量損失．方案三：利用小車在光滑桌面上碰撞另一靜止小車實現(xiàn)一維碰撞，如圖所示．（1）質(zhì)量的測量：用天平測量．4．實驗步驟不論采用哪種方案，實驗過程均可按實驗方案合理安排，參考步驟如下：（1）用天平測相關(guān)質(zhì)量．（2）安裝實驗裝置．（3）使物體發(fā)生碰撞．（4）測量或讀出相關(guān)物理量，計算有關(guān)速度．（5）改變碰撞條件，重復步驟（3）、（4）．（6）進行數(shù)據(jù)處理，通過分析比較，找出碰撞中的守恒量．（7）整理器材，結(jié)束實驗．5．實驗數(shù)據(jù)分析將實驗中測得的數(shù)據(jù)填入下表中，然后探究不變量．碰撞前碰撞后質(zhì)量速度mv2………結(jié)論：通過以上實驗，找到的碰撞前后的“不變量”可能是________．6．注意事項（1）保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動．（2）若利用氣墊導軌進行實驗，調(diào)整氣墊導軌時注意利用水平儀確保導軌水平．（3）若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應(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)．（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．7．誤差分析（1）碰撞是否為一維碰撞是產(chǎn)生誤差的一個原因，設(shè)計實驗方案時應(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）影響是帶來誤差的又一個原因，實驗中要合理控制實驗條件，避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度．要點二、實驗總結(jié)1．探究一維碰撞中的不變量的設(shè)計思路（1）與物體運動有關(guān)的物理量可能有哪些；（1）與物體運動有關(guān)的物理量可能有哪些；（2）碰撞前后哪些物理量可能不變；（3）如何研究碰撞的各種不同形式．實驗思路（1）怎樣保證碰撞是一維的？（2）如何測量質(zhì)量？（3）如何測量速度？（4）數(shù)據(jù)如何處理？需要考慮的問題探究一維碰撞中的不變量2．實驗探究中要注意的兩個問題（1）保證兩個物體做一維碰撞：可用斜槽、氣墊導軌等控制物體的運動．（2）速度的測量要比較方便、精確：可利用光電門、打點計時器（配紙帶）、閃光照片等手段，也可利用勻速運動、平拋運動等間接測量．【典型例題】類型一、紙帶研究碰撞問題例1．某同學設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞中的不變量的實驗：在小車的前端粘有橡皮泥，推動小車使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動．他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示．在小車后面連著紙帶，電磁打點計時器的電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．（1）若已得到打點紙帶如圖乙所示，并將測得的各計數(shù)點間距標在圖上，為運動起始的第一點．則應(yīng)選________段計算碰前的速度，應(yīng)選________段計算和碰后的共同速度．（填“”或“”“”或“”）（3）通過以上實驗及計算結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？【思路點撥】解此類問題關(guān)鍵是求小車的速度，而小車碰撞前后的速度求解方法是利用紙帶上勻速運動過程求解，為了減小測量的相對誤差，應(yīng)多測幾個間距來求速度．碰前碰后舉一反三:【答案】【解析】未放球時球的落點是．用小球的質(zhì)量和水平位移的乘積代替動量，則有類型二、氣墊導軌研究物體速度（2）根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積和是不是不變量？【答案】見解析【解析】由圖分析可知，從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，運動的時間是由此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時間為則碰撞前物體的速度為由題意得（2）碰撞前：碰撞后：所以即碰撞前后兩個物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不變量．舉一反三:【解析】因為打點計時器所用電源的頻率均為，所以打點周期為，所以碰撞前兩清塊的動量分別為：因為運動方向相反，所以碰前兩物塊總動量為碰后兩滑塊的總動量【總結(jié)升華】本題是驗證性實驗，與探究性實驗是有區(qū)別的．類型三、利用平拋運動探究碰撞中的不變量（2）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：________（填選項號）．A．水平槽上未放球時，測量球落點位置到點的距離B．球與球碰撞后，測量球落點位置到點的距離C．測量球或球的直徑D．測量球和球的質(zhì)量E．測量點相對于水平槽面的高度【思路點撥】該題中利用平拋運動的規(guī)律，巧妙地提供了一種測量碰撞前后速度的方法，首先由所給信息，均做平拋運動的小球，必須要測出小球的速度。只要抓好平拋運動高度相同、時間相等，則可把測速度直接轉(zhuǎn)化成測水平位移的大?。e一反三:實驗步驟如下：安裝好實驗裝置，做好測量前的準備，并記下重垂線所指的位置．第一步，不放小球，讓小球從斜槽上點由靜止?jié)L下，并落在地面上．重復多次，用盡可能小的圓把小球的所有落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置．第二步，把小球放在斜槽前端邊緣處的點，讓小球從點由靜止?jié)L下，使它們碰撞．重復多次，并使用與第一步同樣的方法分別標出碰撞后兩小球落點的平均位置．（1）點是________