单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,返回,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十六章,第,1,节,实验理论指导,典题案例导析,智能演练提升,题型一,题型二,题型三,一、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。,2,设计方案,方案一利用气垫导轨实现一维碰撞。,实验装置如图,16,1,1,所示。,图,16,1,1,(4),不同碰撞情况的实现：,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,16,1,2,甲,),。,在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞,(,图,16,1,2,乙,),。,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，这样可以得到能量损失很大的碰撞,(,图,16,1,2,丙,),。,图,16,1,2,方案二利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞。,实验装置如图,16,1,3,所示。,(1),质量的测量：用天平测量小球质量,m,1,、,m,2,。,(2),速度的测量：可以测量小球被拉起的,角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前,对应的速度,v,1,；测量碰撞后两小球分别摆起,的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度,v,1,、,v,2,。,图,16,1,3,图,16,1,4,三、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。,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。,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),用天平测量两滑块的质量,m,1,、,m,2,，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),测量或读出相关物理量，计算有关速度，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),整理实验器材。,五、注意事项,(1),各方案必须保证两物体发生的是一维碰撞。,(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磨。调整水平时注意利用水平仪。,(3),利用摆球进行实验时，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，为了较准确的读出小球摆动的角度，可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上。,(4),由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。,(5),考虑到速度的矢量性，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，若速度方向与规定方向相反，则取负值。,六、数据处理,根据实验记录的数据，如下表所示，找出碰撞中的,“,不变量,”,。,七、误差分析,1,系统误差,(1),碰撞是否为一维碰撞，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。,(2),碰撞中其他力,(,例如：摩擦力、空气阻力等,),的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。,2,偶然误差,测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。,图,16,1,5,据平抛运动规律，由两球落地点距抛出点的水平距离,x,v,t,，知两物体水平速度之比等于它们的射程之比，即,v,1,v,2,x,1,x,2,，所以本实验中只需测量,x,1,、,x,2,即可，测量,x,1,、,x,2,时需准确记下两球落地位置，故需要直尺、纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板等。,分析实验中测量记录的数据，验证关系式,m,1,x,1,m,2,x,2,是否成立。,方案二：实验装置如图,16,1,6,所示，,让一个质量较大的小球,m,1,从斜槽上滚下来，,跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球,(,半,径相同,),m,2,发生碰撞,(,正碰,),。,小球的质量可以用天平称出。由方案,一中的分析可知它们飞行的水平距离,x,v,t,与小球开始做平抛运动时的水平速度,v,成正比。,图,16,1,6,图,16,1,7,例,1,在利用悬线悬挂等大小球探究碰撞中的不变量的实验中，下列说法正确的是,(,),A,悬挂两球的细绳长度要适当，且等长,B,由静止释放小球，以便较准确计算小球碰前速度,C,两小球必须都是钢性球，且质量相同,D,两小球碰后可以粘在一起共同运动,答案,ABD,例,2,某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞过程中的不变量的实验：在小车,A,的前端粘有橡皮泥，使小车,A,做匀速直线运动。然后与原来静止在前方的小车,B,相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图,16,1,8,所示。在小车,A,后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为,50 Hz,，长木板右端下部垫着小木片,(,图中未画出,),用以平衡摩擦力。,图,16,1,8,(1),若已得到打点纸带如图,16,1,9,所示，并把测得的各计数点间距离标在图上，,A,点为运动起始的第一点，则应选,_,段来计算小车,A,的碰前速度，应选,_,段来计算小车,A,和小车,B,碰后的共同速度。,(,以上两空选填,“,AB,”,、,“,BC,”,、,“,CD,”,或,“,DE,”),图,16,1,9,(2),已测得小车,A,的质量,m,A,0.40 kg,，小车,B,的质量,m,B,0.20 kg,，由以上测量结果可得：碰前,m,A,v,A,m,B,v,B,_kgm/s,；碰后,m,A,v,A,m,B,v,B,_kgm/s,。,解析,(1),小车,A,碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选,BC,段；,CD,段上所打的点由稀变密，可见在,CD,段,A,、,B,两小车相互碰撞，,A,、,B,碰撞后一起做匀速直线运动，所以打出的点又是间距均匀的，故应选,DE,段计算碰后速度。,答案,(1),BC,DE,(2)0.42,0.417,例,3,用如图,16,1,10,所示的装置,“,探究,碰撞中的不变量,”,，质量为,m,A,的钢球,A,用细线,悬挂于,O,点，质量为,m,B,的钢球,B,放在离地面高,度为,H,的小柱,N,上，,O,点到,A,球球心的距离为,L,，,使悬线在,A,球释放前张紧，悬线与竖直线的夹,角为,。,A,球释放后摆到最低点时恰与,B,球正碰，碰撞后，,A,球把轻质指示针,OC,推移到与竖直线夹角为,处，,B,球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸,D,。保持,角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录下多个,B,球的落点。,图,16,1,10,(1),在图中,x,应是,B,球初始位置到,_,的水平距离。,(2),为了,“,探究碰撞中的不变量,”,，应测得,_,、,_,、,_,、,_,、,_,、,_,、,_,等物理量。,(3),碰撞中若,A,、,B,满足,_,等式，说明在碰撞中,“,m,v,”,是不变的。,