1、第十六章動量守恒定律,第1節(jié)實驗：探究碰撞中的不變量,欄目鏈接,學 習 目 標,1了解生產(chǎn)、生活中的碰撞現(xiàn)象 2經(jīng)歷兩個物體碰撞前后會不會有什么物理量保持不變的猜想過程 3通過實驗探究，經(jīng)歷尋找碰撞中“不變量”的過程，領(lǐng)會實驗的基本思路，感悟自然界的和諧與統(tǒng)一 4培養(yǎng)學生的實驗技能，特別是數(shù)據(jù)采集和分析的技能,欄目鏈接,1設置兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動，也就是做一維碰撞 與物體運動有關(guān)的物理量可能有哪些呢？在一維碰撞的情況下只有物體的質(zhì)量和物體的速度設兩個物體的質(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v1、v2.如果速度與我們設定的方向一

2、致，取正值，否則取負值,欄目鏈接,碰撞前后哪個物理量可能是不變的？大致有以下幾種可能供同學們?nèi)パ芯?也許還有,欄目鏈接,2碰撞可能有很多情形：(1)兩個質(zhì)量相同的物體相碰撞；(2)兩個質(zhì)量相差懸殊的物體相碰撞；(3)兩個速度大小相同、方向相反的物體碰撞；(4)一個運動物體與一個靜止物體相碰撞；(5)兩個物體碰撞時可能碰后分開，也可能黏在一起不再分開等 3所尋不變量的特點：在各種碰撞的情況下都不改變,欄目鏈接,1保證發(fā)生一維碰撞 可以利用凹槽或氣墊導軌限定運動在同一直線上進行，如課本“參考案例一”,2質(zhì)量的測量 可以利用天平測量物體的質(zhì)量,欄目鏈接,3速度的測量 可以利用運動規(guī)律，如利用勻速直線

3、運動中位移、速度、時間關(guān)系xvt求速度，也可以利用物體帶動紙帶運動，通過紙帶上打點計時器所打的點跡來分析、計算速度,4得出結(jié)論,欄目鏈接,嘗試應用 某同學設計了一個用打點計時器做“探究碰撞中的不變量”的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動他設計的實驗具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力,欄目鏈接,(1)若實驗已得到的打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點間距(標在圖上)，則應該選_段來計算A的碰撞前速度；應選_(選填“AB”、“BC”、“C

4、D”或“DE”)段來計算A和B碰后的共同速度,欄目鏈接,(2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg.由以上測量結(jié)果可得：碰前mAvA_ kgm/s；碰后：(mAmB)v共_kgm/s. 由此得出結(jié)論是_(本題計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字),解析：(1)小車碰前做勻速直線運動，打出紙帶上的點應該是間距均勻的，故計算小車碰前的速度應選BC段CD段上所打的點由稀變密，可見在CD段A、B兩小車相互碰撞A、B碰撞后一起做勻速直線運動，所以打出的點又是間距均勻的，故應選DE段計算碰后的速度,欄目鏈接,(2)碰撞前：vAm/s1.05 m/s， 碰撞后：vAvBv共m/s0.6

5、95 m/s. 碰撞前：mAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/s， 碰撞后：(mAmB)v共0.600.695kgm/s0.417 kgm/s. 由于0.4200.417，由此得出的結(jié)論是：在誤差允許的范圍內(nèi)，一維碰撞過程中，兩物體的速度與質(zhì)量的乘積的和保持不變 答案：(1)BCDE(2)0.4200.417結(jié)論見解析,欄目鏈接,案例(一) 實驗裝置如下圖所示不同的質(zhì)量可以通過在滑塊上加重物的辦法實現(xiàn)應用氣墊導軌很容易控制滑塊碰撞前的速度或使它在碰撞前靜止因此，這個方案是本實驗的首選,欄目鏈接,還有兩點值得注意： (1)原來連在一起的兩個物體，由于它們之間具有相互排斥的力而分

6、開，這實際上也是一種碰撞這種情況可以通過下面的方法實現(xiàn) 用細線將彈簧片拉成弓形，放置于質(zhì)量不等的兩個滑塊之間，并使它們靜止，然后燒斷細線，彈簧片彈開后落下，兩個滑塊隨即向相反方向運動(如下圖甲),(2)碰撞時難免有能量損失只有當某個物理量在能量損失較大和損失較小的碰撞中都不變，它才是我們尋找的不變量,欄目鏈接,在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架(如下圖乙)，可以得到能量損失很小的碰撞在滑塊的碰撞端貼膠布，可以增大碰撞時的能量損失如果在兩個滑塊的碰撞端分別裝撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個滑塊連成一體運動(如下圖丙)，這樣的碰撞中能量損失很大如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞

7、時它們也會連成一體,欄目鏈接,案例(二) 實驗裝置如下圖(a)所示把兩個小球用線懸掛起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，如圖(b)所示，放下時它們相碰,可以測量小球被拉起的角度從而算出落下時的速度；測量被碰撞小球擺起的角度，從而算出被撞后的速度 也可以用貼膠布、雙面膠等方法增大兩球碰撞時的能量損失,欄目鏈接,案例(三) 如下圖所示，將打點計時器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車A的后面讓小車A運動，小車B靜止在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體，通過紙帶測出它們碰撞前后的速度,將以上三個實驗過程中測得的數(shù)據(jù)填入下表中，然后探究不變

8、量,結(jié)論：通過以上實驗，你找到的碰撞前后的“不變量”可能是什么？,(多選)在利用懸線懸掛等大小球“探究碰撞中的不變量”的實驗中，下列說法正確的是(),A懸掛兩球的細繩長度要適當，且等長 B由靜止釋放小球，以便較準確地計算小球碰前速度 C兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同 D兩小球碰后可以粘在一起共同運動 【審題指導】兩球碰撞過程動量一定守恒；根據(jù)機械能守恒定律求解球碰撞前后的速度,解析：兩繩等長能保證兩球正碰，以減小實驗誤差，所以A正確；由于計算碰撞前速度時用到了 ，為便于實驗操作，要求小球的初速度為0，B正確；本實驗中對小球是否有彈性無要求，C錯誤；兩球正碰后，有各種運動情況，所以D正確 答案

9、：ABD 點評：本題關(guān)鍵是要明確實驗原理，兩球碰撞過程動量一定守恒，速度根據(jù)機械能守恒定律求解,變式訓練 1如圖所示，球m1從斜槽某一高度由靜止?jié)L下，落到水平面上的P點今在槽口末端放一與m1半徑相同的球m2，仍讓球m1從斜槽滾下，并與球m2正碰后使兩球落地，球m1和m2的落地點分別是M、N.已知槽口末端在白紙上的投影位置為O點則實驗必須滿足的條件是(A),A軌道末端的切線必須是水平的 B斜槽軌道必須光滑 Cm1m2 Dm1m2 解析：軌道末端水平可以保證小球做平拋運動，故A項正確斜槽是否光滑對實驗幾乎無影響，但質(zhì)量m1應大于m2，否則入射球會反彈，從而引起較大的誤差，故B、C、D項錯誤,某同學

10、利用氣墊導軌上滑塊間的碰撞來尋找物體相互作用過程中的“不變量”，實驗裝置如圖所示，實驗過程如下(“、”表示速度方向)：,實驗1：使m1m20.25 kg，讓運動的m1碰靜止的m2，碰后兩個滑塊分開數(shù)據(jù)如表1.,根據(jù)這個實驗可推知，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)： (1)碰前物體的速度_(填“等于”或“不等于”)碰后物體的速度； (2)碰前物體的動能_(填“等于”或“不等于”)碰后物體的動能； (3)碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv_(填“等于”或“不等于”)碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv.,實驗2：使m1m20.25 kg，讓運動的m1碰靜止的m2，碰后m1、m2一起運動數(shù)據(jù)如表2.,根據(jù)這個實

11、驗可推知，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)： (1)碰前物體的速度_(填“等于”或“不等于”)碰后物體速度的矢量和；,(2)碰前物體的動能_(填“等于”或“不等于”)碰后物體動能的和； (3)碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv_(填“等于”或“不等于”)碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv的矢量和 實驗3：使2m1m20.5 kg，讓運動的m1碰靜止的m2，碰后m1、m2分開數(shù)據(jù)如表3.,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可推知，在實驗誤差允許范圍內(nèi)： (1)碰前物體的速度_(填“等于”或“不等于”)碰后物體速度的矢量和； (2)碰前物體的動能_(填“等于”或“不等于”)碰后物體動能的和； (3)碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積

12、mv_(填“等于”或“不等于”)碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積mv的矢量和 還進行了其他情景的實驗，最終在實驗中發(fā)現(xiàn)的“不變量”是_,4在“探究碰撞中的不變量”實驗中，關(guān)于實驗結(jié)論的說明，正確的是() A只需找到一種情景的“不變量”即可，結(jié)論對其他情景也同樣適用 B只找到一種情景的“不變量”還不夠，其他情景未必適用 C實驗中要尋找的“不變量”必須在各種碰撞情況下都不改變 D進行有限次實驗找到的“不變量”，具有偶然性，結(jié)論還需要檢驗 【審題指導】根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，判斷碰撞前后速度、動量、動能的關(guān)系，看是否相等從中探究出不變量,解析：1.從表格中數(shù)據(jù)看出，碰撞前后的質(zhì)量相同，碰撞前后物體的速度與碰

13、撞后速度相等，動能相等，質(zhì)量與速度的乘積mv相等 2碰前的速度為v10.140 m/s，碰后物體速度的矢量和為v2(0.0690.069) m/s0.138 m/s，在誤差允許的范圍內(nèi)相等 碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積： mv0.250.140 kgm/s0.035 kgm/s， 碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積： mv0.250.0692 kgm/s0.034 5 kgm/s，在誤差允許的范圍內(nèi)相等,碰前物體的質(zhì)量m與速度v的乘積：mv0.250.12 kgm/s0.03 kgm/s， 碰后物體的質(zhì)量m與速度v的乘積： mv(0.250.0240.50.07) kgm/s0.029 kgm/

14、s，則誤差允許的范圍內(nèi)相等 綜上所述，最終在實驗中發(fā)現(xiàn)的“不變量”是“質(zhì)量和速度的乘積” 4在“探究碰撞中的不變量”實驗中，只找到一種情景的“不變量”還不夠，其他情景未必適用，必須在各種碰撞的情況下都不改變，有限次實驗偶然性較大，得出的結(jié)論需要檢驗，故B、C、D正確，A錯誤，故選B、C、D.,點評：本實驗考查探究碰撞過程中的不變量，掌握探究的方法，知道探究的不變量不能僅在一維的情景下適用，要在各種情景下適用,答案：1.等于等于等于 2等于不等于等于 3不等于不等于等于質(zhì)量和速度的乘積 4BCD,變式訓練 2水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質(zhì)量分別是0.6 kg和0.2 kg.A車的車尾拉著紙帶

15、，A車以某一速度與靜止的B車發(fā)生一維碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運動碰撞前后打點計時器打下的紙帶如圖所示根據(jù)這些數(shù)據(jù)，請猜想：把兩小車加在一起計算，有一個什么物理量在碰撞前后是相等的？(打點計時器的頻率為50 Hz),解析：由紙帶看出，A小車碰前及和B小車碰后都是向右運動，且兩部分都打出均勻的點，說明A車碰前、碰后都可看成做勻速直線運動由右邊5個點計算出碰前A車的速度：vA cm/s82.5 cm/s0.825 m/s；由左邊6個點計算出A與B一起運動的速度：vAB62 cm/s0.62 m/s. 碰撞前A車的質(zhì)量與速度的乘積：mAvA0.6 kg0.825 m/s0.495 kgm/s；

16、碰撞后A與B一起運動的質(zhì)量與速度的乘積： (mAmB)vAB(0.60.2) kg0.62 m/s0.496 kgm/s，,結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后A、B兩車的質(zhì)量與速度乘積矢量和是相等的 答案：見解析,如圖所示，在實驗室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和帶固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞中不變量的實驗：,(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài) (2)按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當A和B與擋板C和D碰撞同時，電子計時器自動停表，記下A運