2019_2020学年高中物理第十六章动量守恒定律1实验探究碰撞中的不变量课件新人教版选修3_5.pptx

1　实验:探究碰撞中的不变量;一、实验目的 该实验的目的是探究碰撞过程中的不变量,我们需要在包括物体质量和速度在内的整体关系中探究哪些量是不变的,所以实验中一方面需要控制碰撞必须是一维碰撞,另一方面还要测量物体的质量和速度,并通过计算探究不变量存在的可能性。 二、实验原理 (1)探究思路: ①一维碰撞:两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动,这种碰撞叫作一维碰撞。;②探究不变量:在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1、v2,如果速度与我们规定的正方向相同,取正值,相反取负值,碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态,不是我们追寻的“不变量”。碰撞前后速度是变化的,速度的变化情况和物体的质量有关,可以做如下猜想: a.碰撞前后两个物体各自的质量与各自速度的乘积之和是否是不变量?即关系式m1v1+m2v2=m1v1+m2v2是否成立?;探究以上各关系式是否成立,关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v1、v2。;(2)实验方案设计: 方案一:用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞。实验装置如图所示。 ? ①质量的测量:用天平测量质量。 ②速度的测量:利用公式 ,式中Δx为滑块(挡光片)的宽度,Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。 ③利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。;④实验方法: ;a.用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。 b.在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。 c.在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。;方案二:利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞。 ①质量的测量:用天平测量。 ②速度的测量:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前小球对应的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后小球对应的速度。;③实现不同碰撞情境的措施:用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。;方案三:利用小车在光滑长木板上碰撞另一辆静止的小车实现一维碰撞。实验装置如图所示。 ? ①质量的测量:用天平测量质量。 ②速度的测量: ,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量;Δt为小车经过Δx所用的时间,可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况。 ③碰撞的实现:两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。碰撞时,撞针插入橡皮泥中,两小车连在一起运动。;三、实验器材 方案一: 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案二: 带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 方案三: 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等。;四、实验步骤 不论采用哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下: (1)用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2,填入预先设计好的表格中。 (2)安装实验装置。 (3)使物体发生碰撞。 (4)测量或读出碰撞前后相关的物理量,计算对应的速度,填入预先设计好的表格中。 (5)改变碰撞条件,重复步骤(3)(4)。 (6)进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的“??变量”。 (7)整理器材,结束实验。;【注意事项】 1.保证两物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前沿同一直线运动、碰撞后仍沿同一直线运动。 2.气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑动。 3.若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。 4.利用摆球进行实验时,可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上,这样可以较准确地读出小球摆动的角度,以减小误差。 5.若利用摆球进行实验,两小球静止时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内。 6.碰撞有很多情形,我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变,才符合要求。;五、数据处理 ; 【误差分析】 ;一;一;一;一;一;一;一;1;1;1;1;1;1;1