1、實(shí)驗(yàn)19探索碰撞中的不變量(附加測(cè)試)【教學(xué)大綱解讀】(1)嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，了解實(shí)驗(yàn)所需的物理量和設(shè)備。(2)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表，正確收集和記錄數(shù)據(jù)。(3)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)量物體的質(zhì)量m和碰撞前后的速度v，v，并求出碰撞前后的動(dòng)量p=m1v1 m2v2，看看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。實(shí)驗(yàn)設(shè)備方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、砝碼、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠帶、撞針、橡皮泥等。方案二：細(xì)線擺球(兩套)、鐵架、天平、量角器、繪圖紙、膠帶等。方案三：光滑的長(zhǎng)木板、點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、手推車(兩個(gè))、天平、撞針和橡皮泥。方案4:滑槽、兩個(gè)球

2、、天平、復(fù)寫紙、白紙等。實(shí)驗(yàn)步驟方案一：用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖)1.質(zhì)量測(cè)量：用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量。2.安裝：正確安裝氣墊導(dǎo)軌。3.實(shí)驗(yàn)：打開電源，用配套的光電計(jì)時(shí)裝置(改變滑塊的質(zhì)量)測(cè)量?jī)蓚€(gè)滑塊在不同條件下碰撞前后的速度。改變滑塊的初始速度和方向)。4.驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒。方案二：用等長(zhǎng)的吊線吊起等尺寸的球，完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖)1.質(zhì)量測(cè)量：用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)球的質(zhì)量m1和m2。2.安裝：用等長(zhǎng)的吊線吊兩個(gè)大小相等的球。3.實(shí)驗(yàn)：一個(gè)球靜止不動(dòng)，另一個(gè)球被拉起，它們被放下后碰撞。4.速度測(cè)量：可以測(cè)量球被拉起的角度來計(jì)算相應(yīng)球在碰撞前的速度，也可以測(cè)量球在碰撞后的擺角來計(jì)

3、算相應(yīng)球在碰撞后的速度。5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。6.驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒。方案三：兩輛車在光滑的桌面上碰撞，完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖)1.質(zhì)量測(cè)量：用天平測(cè)量?jī)奢v車的質(zhì)量。2.安裝：將計(jì)時(shí)器固定在光滑的長(zhǎng)木板的一端，并用紙帶穿過計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)器連接在小車的后部，撞針和橡皮泥分別安裝在兩個(gè)小車的碰撞端。3.實(shí)驗(yàn)：打開電源，讓小車甲移動(dòng)，小車乙靜止不動(dòng)。當(dāng)兩輛車相撞時(shí)，撞針插入橡皮泥中，兩輛車連在一起作為一個(gè)整體移動(dòng)。4.速度測(cè)量：從v=通過紙帶上兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離和時(shí)間計(jì)算速度。5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。6.驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒。數(shù)據(jù)處理1.速度測(cè)量方案1:滑塊

4、速度的測(cè)量：v=，其中 x為滑塊擋光板的寬度(在儀器手冊(cè)中給出，也可以直接測(cè)量)， t為滑塊(擋光板)通過數(shù)字定時(shí)器顯示的光電門的時(shí)間。方案二：揮球速度的測(cè)量：v=，其中h為球被釋放時(shí)(或碰撞后揮桿時(shí))的高度，h可用標(biāo)尺測(cè)量(或用量角器和揮桿長(zhǎng)度計(jì)算)。方案三：小車速度的測(cè)量：v=，其中 x是紙帶上兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，可以用標(biāo)尺測(cè)量， t是小車通過 x的時(shí)間，可以從打點(diǎn)間隔計(jì)算出來。2.驗(yàn)證表達(dá)式方案1、2和3: m1v1 m2v2=m1v1 m2v2 。有關(guān)注意事項(xiàng)1.先決條件兩個(gè)碰撞物體應(yīng)該是“水平”和“正碰撞”。2.節(jié)目提醒(1)如果氣墊導(dǎo)軌用于實(shí)驗(yàn)，在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意使用液位計(jì)來

5、保證導(dǎo)軌水平。(2)如果使用擺錘球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)兩個(gè)球靜止時(shí)，球的中心應(yīng)在同一條水平線上，并保持接觸，球的中心應(yīng)在同一條水平線上3.探索結(jié)論在各種碰撞條件下，所尋求的不變量不能改變。試驗(yàn)原理和試驗(yàn)場(chǎng)地1的操作1.(多選)在使用點(diǎn)計(jì)時(shí)器探索碰撞不變量的實(shí)驗(yàn)中，以下操作是正確的()A.兩輛車的相互作用，一輛用撞針，一輛用橡皮泥，就是要改變兩輛車的質(zhì)量B.兩輛相互作用的汽車，一輛裝有撞針，另一輛裝有橡皮泥，被設(shè)計(jì)成在碰撞后使兩輛汽車粘在一起C.首先打開點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后松開拖動(dòng)紙帶的小車d .首先松開拖動(dòng)紙帶的小車，然后打開點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源分析改變汽車的質(zhì)量可以增加重量，安裝撞針和橡皮泥，這是為了使兩

6、輛汽車碰撞后粘在一起，有一個(gè)共同的速度，選項(xiàng)甲是錯(cuò)誤的，選項(xiàng)乙是正確的；點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用原理是先打開電源，然后松開紙帶。選項(xiàng)C是正確的，選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的。回答B(yǎng)C2.在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，入射球A的質(zhì)量為m1，接觸球B的質(zhì)量為m2，小球的半徑為R，每個(gè)球的落點(diǎn)如圖所示。以下關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的陳述是正確的()A.對(duì)于入射球和觸球，最好使用大小相同、質(zhì)量相同的小球B.讓入球與觸球連續(xù)碰撞10次，每次都使入球從滑槽的不同位置滾下C.要驗(yàn)證的表達(dá)式是m1on=m1ON=m1OM+m2OPD.要驗(yàn)證的表達(dá)式是m1op=m1OP=m1OM+m2ON分析認(rèn)為，在該裝置中，入射球的質(zhì)量應(yīng)大于觸球的質(zhì)量，以防

7、止入射球反彈或靜止不動(dòng)，因此A是錯(cuò)誤的；每次入射球必須從滑槽的相同位置滾下，以確保每次碰撞都有相同的初始動(dòng)量，所以b是錯(cuò)誤的；做水平投擲時(shí)，兩個(gè)球的起點(diǎn)相同，所以要驗(yàn)證的公式是：M1OP=m1OP=m1OM+m2ON，D正確，C錯(cuò)誤。答案D3.(湖州模擬，2017)一位同學(xué)用圖中所示的裝置驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律，用一根細(xì)導(dǎo)線將球1掛在0點(diǎn)，使球1的中心到掛點(diǎn)0的距離為1，并將觸球2放在一個(gè)光滑的水平臺(tái)上。小球1從右側(cè)點(diǎn)A(OA和垂直方向之間的角度為)從靜止位置釋放，當(dāng)它到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，它剛好與小球2碰撞。碰撞后，小球1繼續(xù)向左移動(dòng)到C位置，小球2落在水平地面上到距離桌面邊緣水平距離為S的D點(diǎn)。(1)

8、在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了上述物理量中的、L和S。為了驗(yàn)證兩個(gè)球碰撞過程中的動(dòng)量守恒，需要測(cè)量的物理量是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。(2)請(qǐng)用測(cè)得的物理量結(jié)合已知的物理量來表示動(dòng)量P1=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。P1=_ _ _ _ _ _ _ _；p2=_ _ _ _ _ _ _ _p2=_ _ _ _ _ _ _

9、 _ .小球1撞擊前后的速度根據(jù)機(jī)械能守恒定律解析計(jì)算，小球2撞擊后的速度根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算。最后，根據(jù)p=mv計(jì)算每個(gè)動(dòng)量值?；卮?1)球1的質(zhì)量m1，球2的質(zhì)量m2，桌面高度H，角度(2)m1 0在OC和OB之間4.“在碰撞中探索不變量”的實(shí)驗(yàn)也可以用圖中所示的裝置來完成。(1)如果實(shí)驗(yàn)中選擇的甲乙球半徑相同，為了使甲乙球在一個(gè)維度上發(fā)生碰撞， 兩個(gè)球的懸掛線長(zhǎng)度應(yīng)為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(2)如果A球和B

10、球的半徑不同，用這種裝置能完成實(shí)驗(yàn)嗎？如果你認(rèn)為可以，請(qǐng)解釋如何調(diào)整。分析(1)為了確保一維碰撞，碰撞點(diǎn)應(yīng)與兩個(gè)球在同一條水平線上，因此兩個(gè)球的懸線長(zhǎng)度相等，O1和O2之間的距離等于球的直徑。(2)如果兩個(gè)球的半徑不相等，實(shí)驗(yàn)可以是c在分析選項(xiàng)A中，如果導(dǎo)軌不是水平的，小車的速度將受到重力分量的影響，這將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差；在選項(xiàng)B中，擋光板的傾斜將導(dǎo)致?lián)豕獍宓膶挾炔坏扔趽豕怆A段通過的汽車的位移，這將導(dǎo)致計(jì)算速度的誤差，而在C和D中，查詢不會(huì)導(dǎo)致誤差。回答AB2.一個(gè)同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律：一個(gè)橡皮泥粘在小車A的前端，推動(dòng)小車A勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與仍在前面的小車B相撞

11、，粘在一起，繼續(xù)勻速直線運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的裝置如圖一所示。紙帶連接在小車甲的背面。電磁敲擊計(jì)時(shí)器使用的電源頻率為50赫茲，木屑放在長(zhǎng)木板下以平衡摩擦。(1)如果已經(jīng)按照?qǐng)DB所示測(cè)量了點(diǎn)紙帶，并且測(cè)量了每個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離(在圖上標(biāo)出)，則應(yīng)選擇_ _ _ _ _ _ _ _ _來計(jì)算碰撞前的速度。應(yīng)選擇第_ _ _ _ _ _ _ _節(jié)計(jì)算碰撞后甲乙雙方的共同速度(選擇“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。(2)甲車實(shí)測(cè)質(zhì)量為馬=0.4公斤，乙車質(zhì)量為馬=0.2公斤。根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，碰撞前mava=_ _ _ _ _ _ _ KGM/秒；(毫安)v碰撞后=_ _ _ _ _ _ _ _ KG

12、M/秒.由此得出的結(jié)論是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

13、_ _ _ _ _ _ _ _ _ .(本主題的計(jì)算結(jié)果都保留了三個(gè)重要數(shù)字)分析(1)打靶前小車勻速直線運(yùn)動(dòng)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布，因此打靶前應(yīng)選擇BC段計(jì)算速度。撞擊到光盤部分的點(diǎn)從稀疏變?yōu)槊芗?，可以看到兩輛車在光盤部分A和B相互碰撞.碰撞后，甲和乙以均勻的速度沿直線運(yùn)動(dòng)，因此沖壓點(diǎn)的間距均勻，因此應(yīng)選擇截面DE來計(jì)算碰撞后的速度。(2)碰撞前：va=m/s=1.050米/秒。碰撞后：va=VB=Vtotal=m/s=0.695米/秒。碰撞前藍(lán)色=0 . 41 . 05 KGM/秒=0.420 KGM/秒碰撞后：(毫安)伏=0.600.695 KGM/秒=0.417 KGM/秒因?yàn)?.42

14、00.417結(jié)論是，在一維碰撞過程中，兩個(gè)物體的速度和質(zhì)量的乘積之和在允許的誤差范圍內(nèi)保持不變。答案(1)BC DE (2)0.420 0.417可以在分析中找到3.(金華仿真，2017)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)同學(xué)選擇了兩個(gè)形狀相同的硬球。球甲質(zhì)量較大，球乙質(zhì)量較小。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，如果用A球撞擊水平面上原來靜止的B球，撞擊后A和B都會(huì)向前移動(dòng)；如果你用乙球擊打先前靜止的甲球，甲球?qū)⑾蚯耙苿?dòng)，乙球?qū)⑾蚝笠苿?dòng)。為了探索碰撞中的不變量，學(xué)生計(jì)劃實(shí)驗(yàn)如圖所示的圓弧槽。在實(shí)驗(yàn)中，球M和N被放置在垂直平面中的半圓形玻璃軌道內(nèi)(軌道半徑比球半徑大得多)?，F(xiàn)在，讓球M從靜止?fàn)顟B(tài)釋放到與中心o相同的高度，并與底部的靜

15、態(tài)球N正面碰撞。(1)在實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)室中有四個(gè)球如下：(1)半徑為r的玻璃球；半徑為2r的玻璃球；半徑為1.5r的鋼球；半徑為2r的鋼球。為方便測(cè)量，該同學(xué)應(yīng)選擇_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(填寫數(shù)字)(2)實(shí)驗(yàn)中不可測(cè)量的物理量為_ _ _ _ _ _。(1)球m的質(zhì)量m1和球n

16、的質(zhì)量m2；圓弧軌跡的半徑r；球M碰撞后上升的最高點(diǎn)與O點(diǎn)連線之間的夾角 1偏離垂直方向；碰撞后球N上升的最高點(diǎn)與O點(diǎn)連線之間的夾角2偏離垂直方向。(3)表示不變量的方程4.一位同學(xué)使用圖A所示的裝置，通過具有相同半徑的A球和B球的碰撞，驗(yàn)證了mv的矢量和在碰撞中是守恒的。在圖中，PQ是一個(gè)斜槽，QR是一個(gè)水平斜槽。在實(shí)驗(yàn)中，球A開始從靜止的滑槽上的固定位置G滾下，落在水平地面上的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)。然后，將球B放在靠近凹槽末端的水平凹槽上，讓球A仍然從靜止位置g滾下。球A和球B碰撞后，球A和球B會(huì)在記錄紙上留下自己的落點(diǎn)標(biāo)記。重復(fù)此操作10次。在圖a中，點(diǎn)

17、O是記錄紙上水平凹槽末端r的垂直投影點(diǎn)，球b落點(diǎn)的軌跡如圖b所示，其中儀表刻度水平放置，放置方向平行于g、r和O所在的平面，儀表刻度的零點(diǎn)與點(diǎn)O對(duì)齊.(1)球b碰撞后的水平范圍應(yīng)為_ _ _ _ _ _厘米；(2)在下列選項(xiàng)中，哪些是在本實(shí)驗(yàn)中必須進(jìn)行的測(cè)量(填寫選項(xiàng)編號(hào))。A.當(dāng)球b沒有放在水平凹槽上時(shí)，測(cè)量從球a下落點(diǎn)到o點(diǎn)的距離。B.在甲球和乙球碰撞后，測(cè)量從甲球和乙球的位置到O點(diǎn)的距離C.測(cè)量球a和球b的質(zhì)量(或兩個(gè)球的質(zhì)量比)D.測(cè)量g點(diǎn)相對(duì)于水平凹槽表面的高度(3)在實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于入射球在斜道上的釋放點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響的說法是正確的()A.釋放點(diǎn)越低，球的阻力越小，入射球的速度越小，誤差越小B.釋放點(diǎn)越低，兩個(gè)球撞擊后的水平位移越小，水平位移測(cè)量的相對(duì)誤差越小，兩個(gè)球的速度測(cè)量越準(zhǔn)確C.釋放點(diǎn)越高，