人教版物理选修3-5同步课件：第16章 第1节 实验：探究碰撞中的不变量

课件41张PPT。动量守恒定律第十六章第一节 实验：探究碰撞中的不变量第十六章碰撞是自然界中常见的现象。两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量，甚至使得一种粒子转化为其他粒子。
碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？1．一维碰撞
两个物体碰撞前沿__________运动，碰撞后____________运动。这种碰撞叫做一维碰撞。
2．探寻守恒量
在一维碰撞的前提下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2。实验的基本思路同一直线　仍沿这条直线　m1v1′＋m2v2′　 m1v1′2＋m2v2′2　 方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞
实验装置如下图所示。 实验方案设计宽度　光电门　单摆摆长　 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
实验装置如下图所示。小车匀速　 1．将以上三个实验过程中测得的数据填入下表中数据处理
2．结论
在实验误差允许的范围内，碰撞前、后不变的量是物体
的质量m与速度v的乘积之和，即m1v1＋m2v2＝______________。m1v1′＋m2v2′　
一、实验过程
1．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、胶片、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、胶片等。
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。
2．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；
(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。
二、注意事项
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．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。
3．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。
4．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，这样可以较准确地读出小球摆动的角度，以减小误差。
5．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，以便对心碰撞，且刚好接触时，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。
6．碰撞有很多情形，我们追寻的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求。
三、误差分析
1．碰撞前后是否在一条直线上，与实验设计有关。气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维性，其他两个设计都存在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实验的误差。
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。
方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。探究一维碰撞中的不变量
(3)根据(2)中数据可知：在误差允许的范围内，碰撞前两车质量与速度乘积之和等于碰撞后两车质量与速度乘积之和。
答案：(1)BC　DE　(2)0.420　0.417
(3)在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等的。答案：0.094　0.143　0　2.5×10－4kg·m/s　在实验允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量实验创新设计点评：该题中利用平抛运动的规律，巧妙的提供了一种测量碰撞前后的速度的方法，既方便又实用。