人教版高中物理选修3-5全册课件

利用气垫导轨进行实验的几种情况 图 16－1－2
方案二：利用等长悬绳悬挂等大球实现一维碰撞
图 16－1－3 实验装置如图 16－1－3 所示．把两个小球用细线悬起 来，一个小球静止，拉起另一个小球，放开后它们相碰．
(1)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，计算出碰 撞前小球的速度；测量被撞小球摆起的角度，计算碰撞后的 速度．
(3)也许是物体的速度与自己质量的比值，即mv11＋mv22＝vm1′1 ＋
vm2′2 .
……
探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量碰撞前后 的速度 v1、v2、v1′、v2′.因此，利用气垫导轨和与之配套 的光电计时装置，可保证两物体碰撞是一维碰撞，并可比较 准确地测量出碰撞前后的速度．
3．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 16－1－1 所示．不同的质量可以通过在滑 块上加重物的办法实现．应用气垫导轨很容易控制滑块碰撞 前的速度或使它在碰撞前静止．因此，这个方案是本实验的 首选．
探究碰撞中的不变量
在用气垫导轨和光电计时器做“探究碰撞中的 不变量”的实验中，某同学测得滑块 1 的质量为 0.1 kg，以 速度 2 m/s 跟质量为 0.3 kg 的静止的滑块 2 发生碰撞，碰撞 后滑块 2 的速度变为 1 m/s，滑块 1 的速度变为 1 m/s，方向 与原来相反．根据这些数据，请你：
人教版高中选修3-5
物理
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1 实验：探究碰撞中的不变量
一、实验目的 1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路． 2．探究一维碰撞中的不变量．
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二、实验原理 1．碰撞中的特殊情况——一维碰撞 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． 2．追寻不变量 在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的 质量和物体的速度，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 规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．
4．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．
5．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．
6．记录数据时，应规定正方向，若速度方向与规定的正 方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定的正方向相反， 则取负值．
(2)可采用在小球上贴胶布的方式来改变碰撞中的能量 损失．
方案三：利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实 现一维碰撞情况
图 16－1－4 (1)静止的小车上装上橡皮泥，运动的小车上装上撞针， 让它们碰撞后粘在一起． (2)利用打点计时器记录小车碰撞前后的运动情况，根据 纸带上的点迹求速度．
三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、 弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等． 方案二：带细线的摆球(两个)、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．
一、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．用天平测量相关的质量． 2．安装实验装置． 3．使物体发生碰撞． 4．测量或读出有关数据，计算出物体的速度．
5．改变碰撞条件重复上述 3、4 步骤． 6．进行数据处理，通过分析对比，找出碰撞中的不变量． 7．整理实验器材．
三、注意事项 1．实验时需保证两小车碰撞前、后都在同一条直线上运 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，禁止在不通气的情况下将滑块 在轨面上滑磨．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．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，这样可以较准确的读出小球摆动的角度，以减 小误差．
气垫导轨 图 16－1－1
(1)速度的测量：v＝ΔΔxt ，式中的 Δx 为滑块上挡光板的宽 度，Δt 为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门的时间．
(2)各种碰撞情景：滑块上装弹性片、贴胶布或橡皮泥等， 达到碰撞后弹开或粘在一起的效果．
在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(如图 16－1－2 甲)，可以得到能量损失很小的碰撞，在滑块的碰撞端贴胶布， 可以增大碰撞时的能量损失，如果在两个滑块的碰撞端分别 装撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连 接成一体运动(图乙)，这样的碰撞中能量损失很大．如果在 两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成 一体．
依据猜想与假设，通过实验探究寻找碰撞前后的不变量，可
能是下列的哪些关系？
(1) 可 能是质 量 与 速度的 乘 积 ，即 m1v1 ＋m2v2 ＝ m1v1′ ＋
m2v2′.
(2) 可 能 是 质 量 与 速 度 的 二 次 方 的 乘 积 ， 即
m1v
2 1
＋
m2v
2 2
＝
m1v1′2＋m2v2′2.
7．在误差允许的范围内，验证 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋ m2v2′成立．
四、误差分析 1．碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个重要原因， 设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞．避免碰撞过程中两 物体偏离同一条直线． 2．碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影响是带来误 差的又一个重要原因，实验中要合理控制实验条件，尽量减 小或避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度． 3．测量及读数的准确性也是造成误差的一个重要原因， 实验中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响．
二、数据处理
为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填
入表格.
碰撞前 质量 m1 m2
碰撞后
m1
m2
速度 v1 v2
v1′
v2′
mv m1v1＋m2v2 mv2 m1v21＋m2v22
m1v1′＋m2v2′ m1v1′2＋m2v2′2
v
v1 ＋ v2
m m1 m2
vm1′＋vm2′
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之和，即 m1v1＋m2v2＝ m1v1′＋m2v2′.