高中物理选修35：16.1 实验探究碰撞中的不变量 课件

§ 1 实验：探究碰撞中的不变量
学习目标
1. 猜想两个物体碰撞前后哪些物理量保持不变。 2. 讨论实验的基本思路。 3. 尝试设计实验方案，知道实验需要测量的物理量和所需 器材。 4. 根据不同的实验方案设计实验记录表，收集并正确记录 数据。 5. 分析实验数据，得出实验结论。
设计思路
打台球是同学们校外活动中非常喜欢的游戏，本节课首先通过视频 《打台球》展示了各种花式台球的打法，令人眼花缭乱，能吸引学生的眼 球，引起学生探究物体间碰撞规律的兴趣，由此导入新课。
(5) 把滑块 1 和滑块 2 放在气垫导轨上，让滑块 2 处于静止状
态 (ʋ2 ＝ 0 )，用滑块 1 以初速度 ʋ1 与之碰撞(这时光电计时器 系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块 1 的
挡光片碰前通过光电门的遮光时间 t1 和碰后通过光电门的遮
光时间 t2； (6) 先根据
L 计算滑块 t
将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时 器，连在小车的后面。让小车 A 运动，小车B 静止。在两小车 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， 把两个小车连接成一体（如下图所示）。通过纸带测出它们碰 撞前后的速度。
两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变
量？也就是说，关系式
是否 成立？
还是有其他的可能？
方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块 ( 两个 )、弹 簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
方案二：带细线的摆球(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、电源、纸带、小车(两 个)、天平、撞针、橡皮泥。
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. 用天平称量相关物体的质量； 2. 安装实验器材； 3. 使物体发生碰撞； 4. 测量或读出相关物理量的数据，计算有关速度； 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，找出碰撞中的不变量； 7. 整理器材，结束实验。
1．实验数据的处理
为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填 入如下表格，然后探究不变量。
m1 = 4
m2 = 4
m1 = 4
m2 = 4
ʋ1 =
ʋ2 = 0
ʋ1ʹ =
ʋ2ʹ =
m1ʋ1 + m2ʋ2 =
m1ʋ1ʹ + m2ʋ2ʹ =
m1ʋ12 + m2ʋ22 =
1 2
m
m1 m2
m1ʋ1ʹ2 + m2ʋ2ʹ2 =
(m1＋m2) ʋ
0.093
2 0.426 0.269 0 0.269 0.138 0
0.136
测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等 造成误差
课堂总结
基本思路 与物体运动有关的物理量可能有哪些？ (一维碰撞) 碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
需要考虑 的问题
碰撞必须包括各种情况的碰撞
ʋ1 =
ʋ2 = 0
ʋ1ʹ =
ʋ2ʹ =
m1ʋ1 + m2ɒ2 =
m1ʋ1ʹ + m2ʋ2ʹ =
m1ʋ12 + m2ʋ22 =
1 2
m
m1 m2
m1ʋ1ʹ2 + m2ʋ2ʹ2 =
1
2
m1 m2
m1 = 4
m2 = 2
m1 = 4
m2 = 2
ʋ1 = 0
ʋ2 = 0
ʋ1ʹ =
ʋ2ʹ =
m1ʋ1 + m2ʋ2 =
碰后质量× 速度
(m1＋m2) ʋ
2 0.426 0.269 0 0.269
碰前、碰后质量×速度大小并不完全相等，产生误差的原 因是：
请完成以上表格。
【答案】
次
滑块 1
数
ʋ1
ʋ
1 0.290 0.184
滑块 2
碰前质量× 速度
ʋ2
ʋ m1ʋ1 m2ʋ2
0 0.184 0.094 0
碰后质量× 速度
练一练
某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究 碰撞中的不变量。实验仪器如图所示
实验过程： (1) 调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作； (2) 在滑块 1 上装上挡光片并测出其长度 L； (3) 在滑块 2 的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸)； (4) 用天平测出滑块 1 和滑块 2 的质量 m1、m2；
谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
物体质量的测量(天平)
碰撞前后物体速度的测量(利用光电门或打点 计时器等)
• 不习惯读书进修的人，常会自满于现状，觉得再没有什么事情需要学习，于是他们不进则退。经验丰富的人读书用两只眼睛，一只眼睛看到纸面 上的话，另一眼睛看到纸的背面。2022年4月10日星期日上午6时11分41秒06:11:4122.4.10
2.
速度的测量：
x t
，式中
Δx
为滑块上挡光片的宽度，
Δt
为
数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门的时间。
3. 各种碰撞情景的实现：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的碰撞，利用滑块上加重物的方法 改变碰撞物体的质量。
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。可以测量小球被拉起的角度，从而算 出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后 的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。
1
2
m1 m2
m1 = 4
m2 = 2
m1 = 4
m2 = 2
ʋ1 =
ʋ2 = 0
ʋ1ʹ =
ʋ2ʹ =
m1ʋ1 + m2ʋ2 =
m1ʋ1ʹ + m2ʋ2ʹ =
m1ʋ12 + m2ʋ22 =
1 2
m
m1 m2
m1ʋ1ʹ2 + m2ʋ2ʹ2 =
1
2
m1 m2
m1 = 2
m2 = 4
m1 = 2
m2 = 4
1
碰撞前的速度
ʋ1 及碰后两者的共
同速度ʋ；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较
大小。
实验数据：m1＝ 0.324 kg m2＝ 0.181 kg L＝1.00×10－3 m 速度单位：m/s
次
滑块 1
数
ʋ1
ʋ
1 0.290 0.184
滑块 2
ʋ2
ʋ
0 0.184
碰前质量× 速度
m1ʋ1 m2ʋ2
本节课是一节实验探究课，目的是要让学生掌握探究问题的基本思路， 实验数据的处理方法。首先说明问题探究的必要性和探究的目的，鼓励学 生根据实验目的提出探究的不同方案。根据实验方案明确实验过程中需要 记录的数据，设计表格，记录数据。碰撞有各种不同的方式，要达到一个 共性的规律，各种碰撞都应该涉及。但斜碰又不好操作，所以本实验只研 究了一维碰撞的各种情况：不同质量的物体间的碰撞；不同能量损耗的碰 撞。使同学们有一个对动量守恒定律有一个初步的印象。
m1ʋ1 + m2ʋ2 = m1ʋ1′ + m2ʋ2′ 是否成立？
或者各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不是
量？也就是说，关Βιβλιοθήκη 式m1ʋ12 + m2ʋ22 = m1ʋ1′2 + m2ʋ2′2 是否成立？
也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后
保持不变？也就是说，关系式
1
2
1
2
m1 m2 m1 m2
m1ʋ1ʹ + m2ʋ2ʹ =
m1ʋ12 + m2ʋ22 =
1 2
m
m1 m2
m1ʋ1ʹ2 + m2ʋ2ʹ2 =
1
2
m1 m2
m1 = 4
m2 = 2
m1 = 4
m2 = 2
ʋ1 =
ʋ2 = 0
ʋ1ʹ =
ʋ2ʹ =
m1ʋ1 + m2ʋ2 =
m1ʋ1ʹ + m2ʋ2ʹ =
m1ʋ12 + m2ʋ22 =
• 书籍是屹立在时间的汪洋大海中的灯塔。2022年4月上午6时11分22.4.1006:11April 10, 2022 • 正确的略读可使人用很少的时间接触大量的文献，并挑选出有意义的部分。2022年4月10日星期日6时11分41秒06:11:4110 April 2022 • 书籍是屹立在时间的汪洋大海中的灯塔。
1 2
m
m1 m2
m1ʋ1ʹ2 + m2ʋ2ʹ2 =
1
2
m1 m2
2. 实验结论
经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不 变的量是物体的质量与速度的乘积，即
m1ʋ1＋m2ʋ2＝m1ʋ1′＋m2ʋ2′
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．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。 3．若利用摆球进行实验，两小球静放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。 4．碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情 况下都不改变，才符合要求。
实验数据的处理方法是实验的一个重要目的，在最后设计了一个典例 探究，考查、训练学生的数据处理能力。
新课导入
台球的各种花式打法
碰撞球
新课导入
新课讲授
一维碰撞： 碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线 运动。这种碰撞叫做一维碰撞。
1. 质量的测量：用天平测量。