16.1《实验探究碰撞中地不变量》学案.docx

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高二物理16.1《实验：探究碰撞中的不变量》学案

设计者：高班级姓名：座号：交印日期：

【学习目标】

识记：明确探究碰撞中的不变量的基本思路．

理解：根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。

应用：根据实验数据进行猜测、探究，发现规律的探究方法。

【重点难点】

重点：碰撞中的不变量的探究难点：实验数据的处理．

【自主检测】

碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，都发生变化。两个物体的质量比例不同时，它们的也不一样。物理学中研究运动过程中的守恒量

具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）。

我们只研究最简单的情况——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。

这种碰撞叫做。

问题： 1. 在物体碰撞过程中，哪些物理量会对碰撞后物体的运动状态有影响呢？

2. 要探究物体在碰撞中存在的不变量，你需要测量什么物理量？用什么方法怎么测量？

3.按照你的测量方法画出你的测量装置图：

4. 如图某同学设计的探究碰撞中的不变量的实验装置，通过改变两小车质量m1和 m2，以及它们碰撞前的速度，得到一些数据，根据下图

表中的数据填充表中的空缺：（规定m1

碰前速度方向为正，则跟它相反方向为

负）

【知识点拨】

一，测量物体的速度的方法

（1）光电门测速原理

如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，

挡光板有一定的宽度，设为L，气垫导轨上黄色

框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构

成光电计时装置。

当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t ，则滑块相当于在L 的位移上运动了时间t ，所以滑块匀速运动的速度v=L/t 。

（ 2）摆球测速原理

把两个小球用线悬挂起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它

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们相碰。如图：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，从而算出被碰后的速度。设摆线长为 L，小球的半径为 r ，质量为 m，被拉起的角度为θ，落下时的速

度为 v，根据机械能守恒有：

解得：

同理可求出碰后各小球的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。注意：

由于此实验中角度的测量有困难，适于定性研究。

（ 3）打点计时器实验探究法

将打点计时器固定在光滑导轨的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让滑块 A 静止，滑块 B 运动。在两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

个滑块连接成一体。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。

（ 4）利用平抛运动的装置实验探究法

如图所示，让一个质量较大 ( 为 m1) 的小球 A 从斜槽上某高度处滚下来，与放在斜槽末端支柱上

的体积相同、质量较小 ( 为 m2) 的小球 B 发生正碰。两小球的质量可

用天平直接测量。但小球碰撞前后的速度不便于直接测量，如果利用

平抛运动的规律通过测量水平位移进行等效代换，问题就变得简单多

了。因在相同高度处，物体做平抛运动的水平飞行距离与其初速度成

正比，两小球在碰撞后及 A 球碰前均做下落高度相同的平抛运动，在

落地前运动时间相等，因此用飞行时间作时间单位，则它们飞行的水

平距离 OP、OM、O′ N就在数值上等于它们各自做平抛运动的水平初速

度v1、v1′、 v2′，从而实现 v1、v′1、 v′2和 OP、OM、 O′N 的等

量代换。

【经典体验】

例 1、某同学设计了一个用打点计时器做探究碰撞中的不变量的实验，在小车 A 的前端粘有橡皮泥，设法使小车 A 做匀速直线运动，然后与原来静

止的小车 B 相碰并粘在一起，继续做匀速运动，设

计图如图所示：在小车 A 的后面连着纸带，电磁打

点计时器的频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以

平衡摩擦力。

（1）若已得到打点纸带如图所示，并测得各

计数点间的距离在图上标出。A 为运动起始的点，

则应选 _____段来计算 A 碰前的速度，

应选 ____ 段来计算A和 B 碰后的共同速度。

（ 2）已测得小车 A 的质量 m A=0.4kg ，小车 B 的质量 m B=0.20kg ，则由以上结果可得出什么结论：。

答案：（ 1） BC，DE

（2）在实验误差允许的范围内，在物体的碰撞过程中，碰撞前后两个物体各自的质量和

速度的乘积之和是不变量，即 m1v1+m2v2=m1v1ˊ +m2v2ˊ

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【课后反思】

1.在自学的过程中遇到的障碍是：

2.你的困惑是：

解析：

（ 1）因为小车 A 与 B 碰撞前、后都做匀速运动，且碰后 A 与 B 粘合在一起，其共同速度比A 原来的速度小。所以应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算 A 的碰前速度，点间距小的DE段计算 A 和 B 碰后的共同速度。

（2）由图可知，碰前 A 的速度和碰后AB的共同速度分别为

故碰撞前后：m A v A=0.40× 1.05kg· m/s=0.42kg· m/s

（m A+m B） v A＇ =（ 0.40+0.20 ）× 0.695kg · m/s=0.417kg · m/s

可见，在实验误差允许的范围内，在物体的碰撞过程中，碰撞前后两个物体各自的质量和速

度的乘积之和是不变量，即 m1v1+m2v2=m1v1ˊ +m2v2ˊ

【自主探究】

1、某同学用图 1 所示装置通过半径相同的A、B 两球的碰撞来探究碰撞

中的不变量，图中PQ是斜槽， QR为水平槽。实验时先使 A 球从斜槽上

某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下

痕迹。重复上述操作10 次，得到 10 个落点痕迹。再把 B 球放在水平槽

上靠近槽末端的地方，让 A 球仍从位置G由静止开始滚下，和 B 球碰撞

后，A、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10 次。