16.1《实验：探究碰撞中的不变量》-名师优质课获奖市赛课一等奖课件.ppt

第十六章：动量守恒定律 第 1 节：试验：探究碰撞中不变量第1页台球各种花式打法台球各种花式打法台球各种花式打法台球各种花式打法第2页 碰撞是日常生活、生产活动中常见一个现象，碰撞是日常生活、生产活动中常见一个现象，碰撞是日常生活、生产活动中常见一个现象，碰撞是日常生活、生产活动中常见一个现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生改变。两个物体两个物体发生碰撞后，速度都发生改变。两个物体两个物体发生碰撞后，速度都发生改变。两个物体两个物体发生碰撞后，速度都发生改变。两个物体质量百分比不一样时，它们速度改变也不一样。质量百分比不一样时，它们速度改变也不一样。质量百分比不一样时，它们速度改变也不一样。质量百分比不一样时，它们速度改变也不一样。物理学中研究运动过程中守恒量含有尤其主要意义，物理学中研究运动过程中守恒量含有尤其主要意义，物理学中研究运动过程中守恒量含有尤其主要意义，物理学中研究运动过程中守恒量含有尤其主要意义，碰撞过程中什么物理量保持不变碰撞过程中什么物理量保持不变碰撞过程中什么物理量保持不变碰撞过程中什么物理量保持不变(守恒守恒守恒守恒)？第3页一、探究碰撞中不变量一、探究碰撞中不变量 一维碰撞：一维碰撞：碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。第4页3.各种碰撞情景实现：各种碰撞情景实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型碰撞，利用滑块上加重物方布、撞针、橡皮泥设计各种类型碰撞，利用滑块上加重物方法改变碰撞物体质量。法改变碰撞物体质量。方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞2.速度测量：速度测量：v x/t，式中，式中 x 为滑块为滑块(挡光片挡光片)宽度，宽度，t 为数字计时器显示滑块为数字计时器显示滑块(挡光片挡光片)经过光电门时间。经过光电门时间。1.质量测量：质量测量：用天平测量。用天平测量。第5页方案二：摆球测速原理方案二：摆球测速原理方案二：摆球测速原理方案二：摆球测速原理 如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。能够测量小球被拉起角度，一个小球，放下时它们相碰。能够测量小球被拉起角度，从而算出落下时速度；测量被撞小球摆起角度，从而算出从而算出落下时速度；测量被撞小球摆起角度，从而算出被撞后速度。也能够用贴胶布等方法增大两球碰撞时能量被撞后速度。也能够用贴胶布等方法增大两球碰撞时能量损失。损失。第6页 单摆测速：设摆绳长为单摆测速：设摆绳长为L L，测出摆角，测出摆角和和，机械能守恒可得碰撞前，机械能守恒可得碰撞前A A速度为速度为 ，碰撞后速度为碰撞后速度为橡皮泥橡皮泥橡皮泥橡皮泥确保两绳确保两绳确保两绳确保两绳等长等长等长等长测速原理测速原理第7页方案三：打点计时器测速原理方案三：打点计时器测速原理方案三：打点计时器测速原理方案三：打点计时器测速原理 将打点计时器固定在光滑桌面一端，把纸带穿过打点计将打点计时器固定在光滑桌面一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车后面。让小车时器，连在小车后面。让小车 A 运动，小车运动，小车B 静止。在两小静止。在两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体（以下列图）。经过纸带测出它们碰把两个小车连接成一体（以下列图）。经过纸带测出它们碰撞前后速度。撞前后速度。第8页h hh h斜槽末端切斜槽末端切斜槽末端切斜槽末端切向水平向水平向水平向水平 平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到O O O O间距离间距离间距离间距离X X X XOPOPOPOP、X X X XOMOMOMOM、X X X XONONONON，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为t t t t，可得速度为，可得速度为，可得速度为，可得速度为v=XOP/t 为预防碰撞中为预防碰撞中为预防碰撞中为预防碰撞中A A球球球球反弹，有反弹，有反弹，有反弹，有mmA AmmB B落点确定：落点确定：落点确定：落点确定：方案四：利用斜槽探究不变量方案四：利用斜槽探究不变量方案四：利用斜槽探究不变量方案四：利用斜槽探究不变量 第9页二、猜测碰撞中不变量二、猜测碰撞中不变量 两物体质量与速度乘积之和，即两物体质量与速度乘积之和，即 m1v1+m2v2=m1v1+m2v2 是否成立是否成立？或者质量与速度平方乘积之和即或者质量与速度平方乘积之和即 m1v12+m2v22=m1v12+m2v22 是否成立是否成立？还是有其它可能？还是有其它可能？或者或者 成立？成立？第10页方案一：方案一：气气垫导轨、光、光电计时器、天平、滑器、天平、滑块(两个两个)、弹簧片、簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。、橡皮泥。方案二：方案二：带细线摆球球(两套两套)、铁架台、天平、量角器、坐架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。、胶布等。方案三：方案三：光滑光滑长木板、打点木板、打点计时器、器、纸带、小、小车(两个两个)、天平、撞天平、撞针、橡皮泥。、橡皮泥。试验器材试验器材试验器材试验器材第11页不论采取哪种方案，试验过程均可按试验方案合理安排，参不论采取哪种方案，试验过程均可按试验方案合理安排，参考步骤以下：考步骤以下：1.用天平用天平测相关相关质量；量；2.安装安装试验装置；装置；3.使物体使物体发生碰撞；生碰撞；4.测量或量或读出相关物理量，出相关物理量，计算相关速度；算相关速度；5.改改变碰撞条件，重复步碰撞条件，重复步骤 3、4；6.进行数据行数据处理，理，经过分析比分析比较，找出碰撞中守恒量；，找出碰撞中守恒量；7.整理器材，整理器材，结束束试验。试验步骤试验步骤试验步骤试验步骤第12页1试验数据处理试验数据处理试验数据处理和试验结论试验数据处理和试验结论试验数据处理和试验结论试验数据处理和试验结论 为了探究碰撞中不变量，将试验中测得物理量填为了探究碰撞中不变量，将试验中测得物理量填入以下表格，然后探究不变量入以下表格，然后探究不变量。第13页碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量质量质量m1=4m2=4m1=4m2=4速度速度速度速度v1=9v2=0v1=3v2=6mvmv m1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mvmv2 2 m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v v/mm试验统计及分析试验统计及分析 a 1第14页 经过验证后可知，在后可知，在误差允差允许范范围内，碰撞前后内，碰撞前后不不变量是物体量是物体质量与速度乘量与速度乘积，即，即 m1v1m2v2m1v1m2v22.试验结论试验结论第15页1确保两物体确保两物体发生是一生是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直直线运运动，碰撞后仍沿同一直，碰撞后仍沿同一直线运运动。2若利用气若利用气垫导轨进行行试验，调整气整气垫导轨时注意利用水注意利用水平平仪确保确保导轨水平。水平。3若利用若利用摆球球进行行试验，两小球静放，两小球静放时球心球心应在同一水平在同一水平线上，且上，且刚好接触，好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条直，将小球拉起后，两条摆线应在同一在同一竖直面内。直面内。4碰撞有很多情形，我碰撞有很多情形，我们寻找不找不变量必量必须在各种碰撞情况在各种碰撞情况下都不改下都不改变，才符合要求。，才符合要求。注意事项注意事项注意事项注意事项第16页课堂练习课堂练习1 1 1 1、如图所表示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞、如图所表示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞、如图所表示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞、如图所表示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞中不变量，已知光电门宽度为中不变量，已知光电门宽度为中不变量，已知光电门宽度为中不变量，已知光电门宽度为L L L L，两滑块质量分别，两滑块质量分别，两滑块质量分别，两滑块质量分别为为为为m m m mA A A A和和和和m m m mB B B B,开始时滑块开始时滑块开始时滑块开始时滑块A A A A和和和和B B B B相向运动，经过光电门相向运动，经过光电门相向运动，经过光电门相向运动，经过光电门时间各自为时间各自为时间各自为时间各自为t t t tA A A A和和和和t t t tB B B B，碰撞后，滑块，碰撞后，滑块，碰撞后，滑块，碰撞后，滑块B B B B和和和和A A A A先后先后先后先后以以以以t t t tB B B B和和和和t t t tA A A A 经过右侧光电门，假如试验中经过右侧光电门，假如试验中经过右侧光电门，假如试验中经过右侧光电门，假如试验中测出碰撞前后两滑块质量和速度乘积之和保持不测出碰撞前后两滑块质量和速度乘积之和保持不测出碰撞前后两滑块质量和速度乘积之和保持不测出碰撞前后两滑块质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足关系式是变，则可用题中条件写出所满足关系式是变，则可用题中条件写出所满足关系式是变，则可用题中条件写出所满足关系式是_第17页2 2 2 2、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量试验：、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量试验：、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量试验：、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中不变量试验：在小车在小车在小车在小车A A A A前端粘有橡皮泥，推进小车前端粘有橡皮泥，推进小车前端粘有橡皮泥，推进小车前端粘有橡皮泥，推进小车A A A A使之做匀速运动。然后使之做匀速运动。然后使之做匀速运动。然后使之做匀速运动。然后与原来静止在前方小车与原来静止在前方小车与原来静止在前方小车与原来静止在前方小车B B B B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计装置如图所表示。在小车他设计装置如图所表示。在小车他设计装置如图所表示。在小车他设计装置如图所表示。在小车A A A A后连着纸带，电磁打点计时后连着纸带，电磁打点计时后连着纸带，电磁打点计时后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为器电源频率为器电源频率为器电源频率为50Hz50Hz50Hz50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。(1)(1)(1)(1)若已得到打点纸带如图所表示，并测得各计数点间距标在若已得到打点纸带如图所表示，并测得各计数点间距标在若已得到打点纸带如图所表示，并测得各计数点间距标在若已得到打点纸带如图所表示，并测得各计数点间距标在图上，图上，图上，图上，A A A A为运动起始第一点，则应选为运动起始第一点，则应选为运动起始第一点，则应选为运动起始第一点，则应选_段来计算段来计算段来计算段来计算A A A A碰前速度，应选碰前速度，应选碰前速度，应选碰前速度，应选_段来计算段来计算段来计算段来计算A A A A和和和和B B B B碰后共同速度碰后共同速度碰后共同速度碰后共同速度(以上两格填以上两格填以上两格填以上两格填“AB”AB”AB”AB”或或或或“BC”BC”BC”BC”或或或或“CD”CD”CD”CD”或或或或“DE”)DE”)DE”)DE”)。(2)(2)(2)(2)已测得已测得已测得已测得小车小车小车小车A A A A质量质量质量质量m m m m1 1 1 1=0.40kg=0.40kg=0.40kg=0.40kg，小车，小车，小车，小车B B B B质量质量质量质量m m m m2 2 2 2=0.20kg,=0.20kg,=0.20kg,=0.20kg,由以上测量结果由以上测量结果由以上测量结果由以上测量结果可得碰前总动量为可得碰前总动量为可得碰前总动量为可得碰前总动量为_kgm/s_kgm/s_kgm/s_kgm/s，碰后总动量为，碰后总动量为，碰后总动量为，碰后总动量为_kgm/s _kgm/s _kgm/s _kgm/s BCBCBCBCDEDEDEDE0.4200.4200.4170.417第18页3 3 3 3、某同学利用如图所表示装置探究碰撞中不变量，则（某同学利用如图所表示装置探究碰撞中不变量，则（某同学利用如图所表示装置探究碰撞中不变量，则（某同学利用如图所表示装置探究碰撞中不变量，则（1 1 1 1）以下说法正确是以下说法正确是以下说法正确是以下说法正确是()()()()A A A A悬挂两球细绳长度要适当，且等长悬挂两球细绳长度要适当，且等长悬挂两球细绳长度要适当，且等长悬挂两球细绳长度要适当，且等长B B B B由静止释放小球方便较准确地计算小由静止释放小球方便较准确地计算小由静止释放小球方便较准确地计算小由静止释放小球方便较准确地计算小球碰前速度球碰前速度球碰前速度球碰前速度C C C C两小球必须都是钢性球，且质量相同两小球必须都是钢性球，且质量相同两小球必须都是钢性球，且质量相同两小球必须都是钢性球，且质量相同D D D D两小球碰后能够粘合在一起共同运动两小球碰后能够粘合在一起共同运动两小球碰后能够粘合在一起共同运动两小球碰后能够粘合在一起共同运动（2 2 2 2）已知两球）已知两球）已知两球）已知两球A A A A和和和和B B B B质量之比为质量之比为质量之比为质量之比为2 2 2 2：1 1 1 1，如图所表示，开始时，如图所表示，开始时，如图所表示，开始时，如图所表示，开始时A A A A球从与竖直成球从与竖直成球从与竖直成球从与竖直成454545450 0 0 0角位置静止释放，之后两球粘在一起向右摆角位置静止释放，之后两球粘在一起向右摆角位置静止释放，之后两球粘在一起向右摆角位置静止释放，之后两球粘在一起向右摆动，最大摆角为动，最大摆角为动，最大摆角为动，最大摆角为303030300 0 0 0，假如本试验允许最大误差是，假如本试验允许最大误差是，假如本试验允许最大误差是，假如本试验允许最大误差是4%4%4%4%，试分，试分，试分，试分析碰撞前后两球质量与速度乘积之和是否保持不变？析碰撞前后两球质量与速度乘积之和是否保持不变？析碰撞前后两球质量与速度乘积之和是否保持不变？析碰撞前后两球质量与速度乘积之和是否保持不变？ABD1.531mgL1.531mgL1.553mgL1.553mgL1.4%1.4%第19页4 4、某同学用如图所表示装置经过半径相同、某同学用如图所表示装置经过半径相同A A、B B两球碰撞来两球碰撞来探究碰撞过程中不变量，图中探究碰撞过程中不变量，图中PQPQ是斜槽，是斜槽，QRQR为水平槽，实为水平槽，实验时先使验时先使A A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G G由静止开始滚下，落到由静止开始滚下，落到位于水平地面统计纸上，留下痕迹，重复上述操作位于水平地面统计纸上，留下痕迹，重复上述操作1010次，次，得到得到1010个落点痕迹个落点痕迹.再把再把B B球放在水平槽上靠近槽末端地方，让球放在水平槽上靠近槽末端地方，让A A球仍从球仍从位置位置G G由静止开始滚下，和由静止开始滚下，和B B球碰撞后，球碰撞后，A A、B B球分别在统计纸上留下各球分别在统计纸上留下各自落点痕迹，重复这种操作自落点痕迹，重复这种操作1010次次.图中图中O O点是水平槽末端点是水平槽末端R R在统计纸上垂在统计纸上垂直投影点，直投影点，B B球落点痕迹如图所表示，其中厘米刻度尺水平放置，且平球落点痕迹如图所表示，其中厘米刻度尺水平放置，且平行于行于G G、R R、O O所在平面，厘米刻度尺零点与所在平面，厘米刻度尺零点与O O点对齐点对齐.第20页(1)(1)碰撞后碰撞后B B球水平射程应取球水平射程应取_cm._cm.(2)(2)在以下选项中，此次试验必须进行测量是在以下选项中，此次试验必须进行测量是_._.A.A.水平槽上未放水平槽上未放B B球时，测量球时，测量A A球落点位置到球落点位置到O O点距离点距离B.B.测量测量A A球与球与B B球碰撞后，球碰撞后，A A球落点位置到球落点位置到O O点距离点距离C.C.测量测量A A球与球与B B球质量球质量D.D.测量测量G G点相对于水平槽面高度点相对于水平槽面高度答案：答案：(1)64.7(64.2(1)64.7(64.265.265.2都正确都正确)(2)A)(2)A、B B、C C第21页基本思绪基本思绪(一维碰撞一维碰撞)与物体运动相关物理量可能有哪些？与物体运动相关物理量可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不变？碰撞前后哪个物理量可能是不变？需要考虑需要考虑问题问题碰撞必须包含各种情况碰撞碰撞必须包含各种情况碰撞物体质量测量物体质量测量(天平天平)碰撞前后物体速度测量碰撞前后物体速度测量(利用光电门或打点计利用光电门或打点计时器等时器等)第22页