1、主題1動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求科學(xué)探究：1.明確探究物體碰撞中的不變量的基本思路.2.會(huì)根據(jù)器材和實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.3.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)動(dòng)手能力和合作意識.科學(xué)思維：1.能夠在不同的實(shí)驗(yàn)方案中表示出物體碰撞前后的速度.2.通過實(shí)驗(yàn)探究，分析總結(jié)碰撞中的不變量.NEIRONGSUOYIN內(nèi)容索引技能儲(chǔ)備 明確原理 提煉方法題型演練 學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)技能儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)原理1.一維碰撞兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后 運(yùn)動(dòng).這種碰撞叫做一維碰撞.仍沿這條直線2.實(shí)驗(yàn)的基本思路：尋求不變量在一維碰撞的情況下，設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分

2、別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1、v2，如果速度的方向與我們設(shè)定的坐標(biāo)軸的正方向一致，取正值，反之則取負(fù)值.探究以下關(guān)系式是否成立：(1)m1v1m2v2 ；(2)m1v12m2v22 ；m1v1m2v2m1v12m2v22二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方案1：利用氣墊導(dǎo)軌結(jié)合光電門的實(shí)驗(yàn)探究(1)質(zhì)量的測量：用 測量.(2)速度的測量：v ，式中的x為滑塊上擋光板的 ， 為數(shù)字計(jì)時(shí)顯示器顯示的滑塊上的擋光板經(jīng)過光電門的時(shí)間.(3)碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：如圖1所示，利用彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計(jì)各種類型的碰撞，利用在滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量.(

3、4)器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、滑塊(帶擋光板)兩個(gè)、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、天平.天平圖圖1寬度t方案2：利用擺球結(jié)合機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究(1)所需測量量：懸點(diǎn)至球心的距離l，擺球被拉起(或被碰后)的角度，擺球質(zhì)量m(兩擺球質(zhì)量可相等，也可不相等).(2)速度的計(jì)算：v .(3)碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：如圖2所示，用貼膠布的方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失.(4)器材：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺、量角器、坐標(biāo)紙、膠布、天平.圖圖2方案3：利用“光滑”水平面結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)探究(1)所需測量量：紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離x，小車經(jīng)過x所用的時(shí)間t，小車質(zhì)量m.(2)速度的計(jì)算：

4、v .(3)碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：如圖3所示，A運(yùn)動(dòng)，B靜止，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩個(gè)小車連接成一體.(4)器材：長木板、小木塊、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、小車(兩個(gè))、撞針、橡皮泥、天平.圖圖3三、實(shí)驗(yàn)步驟不論哪種方案，實(shí)驗(yàn)過程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下：(1)用天平測出相關(guān)質(zhì)量.(2)安裝實(shí)驗(yàn)裝置.(3)使物體發(fā)生一維碰撞，測量或讀出相關(guān)物理量，計(jì)算相關(guān)速度，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格.(4)改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn).(5)通過對數(shù)據(jù)的分析處理，找出碰撞中的不變量.(6)整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).四、數(shù)據(jù)處理將實(shí)驗(yàn)中測得的物理量填入下表，物體碰撞后運(yùn)動(dòng)的速

5、度與原來的方向相反時(shí)需要注意正負(fù)號. 碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2 速度v1v2v1v2 mvm1v1m2v2m1v1m2v2 mv2m1v12m2v22m1v12m2v22 其他猜想 通過研究以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到碰撞前后的“不變量”.題型演練1.本實(shí)驗(yàn)碰撞前、后速度大小的測量采用極限法，v ，其中d為擋光板的寬度.2.注意速度的矢量性：規(guī)定一個(gè)正方向，碰撞前后滑塊速度的方向跟正方向相同即為正值，跟正方向相反即為負(fù)值，比較m1v1m2v2與m1v1m2v2是否相等，應(yīng)該把速度的正負(fù)號代入計(jì)算.3.造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因是存在摩擦力.利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)時(shí)確保導(dǎo)軌水平.一、利用氣墊導(dǎo)軌結(jié)

6、合光電門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究例1某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖4所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成.(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；接通光電計(jì)時(shí)器；圖圖4把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間；滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)帶有固定彈簧(未畫出)的滑塊2碰撞，碰后滑塊2和滑塊1依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門2后依次被制動(dòng)；讀出滑塊通過光電門的擋光時(shí)間分別為：滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間t110.01 ms，通過光電門2的擋光時(shí)間t2

7、49.99 ms，滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間t38.35 ms；測出擋光板的寬度d5 mm，測得滑塊1的質(zhì)量為m1300 g，滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2200 g.(2)數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A._；B._.答案見解析解析A.大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差.B.保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的.碰撞前滑塊1的速度v1為_ m/s；碰撞后滑塊1的速度v2為_ m/s；碰撞后滑塊2的速度v3為_ m/s；(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案見解析在誤差允許的范圍內(nèi)，通過本實(shí)驗(yàn)，可以探究出下面哪些關(guān)系式成立_.答案見解析解析系統(tǒng)碰撞之前m1v10.15 kgm/s，系統(tǒng)

8、碰撞之后m1v2m2v30.15 kgm/s，故A正確.同理，將數(shù)據(jù)代入C選項(xiàng)的等式兩邊，發(fā)現(xiàn)等式不成立，故C錯(cuò)誤.1.碰撞前后擺球速度的大小可從擺線的擺角反映出來，所以方便準(zhǔn)確地測出碰撞前后擺線的擺角大小是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵.2.根據(jù)機(jī)械能守恒定律計(jì)算碰撞前后擺球的速度與擺的角度的關(guān)系.3.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi).二、利用擺球結(jié)合機(jī)械能守恒定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究(1)圖中x應(yīng)是B球初始位置到_的水平距離.例2利用如圖5所示的裝置做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離

9、地面高度為H的小支柱N上.O點(diǎn)到A球球心的距離為L.使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為，A球釋放后擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)恰與B球正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D.保持角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，白紙上記錄了多個(gè)B球的落點(diǎn)，重力加速度為g.圖圖5B球平均落點(diǎn)碰撞后對A，由機(jī)械能守恒定律得故要得到碰撞前后的mv，要測量的物理量有mA、mB、H、L、x.(2)為了探究碰撞中的守恒量，應(yīng)測得的物理量有_.(3)用測得的物理量表示(vA為A球與B球剛要相碰前A球的速度，vA為A球與B球剛相碰后A球的速度，vB為A球與B球剛相碰

10、后B球的速度)：mAvA_；mAvA_；mBvB_.mA、mB、H、L、x從例1和例2可以看出，不論哪種探究方案，關(guān)鍵是求相互碰撞前后物體的速度，因此我們要利用學(xué)過的知識設(shè)計(jì)探究方案并求出速度.總結(jié)提升總結(jié)提升1.實(shí)驗(yàn)原理與操作如圖6甲所示，讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下來，與放在斜槽水平末端的另一質(zhì)量較小的同樣大小的小球發(fā)生碰撞，之后兩小球都做平拋運(yùn)動(dòng).三、利用斜槽滾下的小球結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究圖圖6(1)質(zhì)量的測量：用天平測量質(zhì)量.(2)速度的測量：由于兩小球下落的高度相同，所以它們的飛行時(shí)間相等.如果以用小球的飛行時(shí)間為單位時(shí)間，那么小球飛出的水平距離在數(shù)值上就等于它的水平速度.只

11、要測出不放被碰小球時(shí)入射小球在空中飛出的水平距離s1，以及碰撞后入射小球與被碰小球在空中飛出的水平距離s1和s2.就可以表示出碰撞前后小球的速度.(3)碰撞情景的實(shí)現(xiàn)：不放被碰小球，讓入射小球m1從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下，記錄平拋的水平位移s1.在斜槽水平末端放上被碰小球m2，讓m1從斜槽同一位置由靜止?jié)L下，記下兩小球離開斜槽做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移s1、s2.探究m1s1與m1s1m2s2在誤差允許范圍內(nèi)是否相等.(4)器材：斜槽、兩個(gè)大小相等而質(zhì)量不等的小球、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、刻度尺、天平、圓規(guī).2.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：(1)入射小球的質(zhì)量m1大于被碰小球的質(zhì)量m2(m1m2).(2)入射小球

12、半徑等于被碰小球半徑.(3)入射小球每次必須從斜槽上同一高度處由靜止?jié)L下.(4)斜槽末端的切線方向水平.(5)為了減小誤差，需要求不放被碰小球及放被碰小球時(shí)小球落點(diǎn)的平均位置.為此，需要讓入射小球從同一高度多次滾下，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn).例3某同學(xué)用圖7甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找不變量，圖中CQ是斜槽，QR為水平槽，二者平滑相接，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面上的記錄紙上，留下痕跡.重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡.然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕

13、跡.重復(fù)這種操作10次.圖圖7圖中O是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)，P為未放被碰球B時(shí)A球的平均落點(diǎn)，M為與B球碰后A球的平均落點(diǎn)，N為被碰球B的平均落點(diǎn).若B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對齊.(1)入射球A的質(zhì)量mA和被碰球B的質(zhì)量mB的關(guān)系是mA_mB(選填“”“mB.(2)碰撞后B球的水平射程約為_cm.64.7(64.265.2均可)解析將10個(gè)點(diǎn)圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點(diǎn)，可由米尺測得碰撞后B球的水平射程約為64.7 cm.(3)下列選項(xiàng)中，屬于本次實(shí)驗(yàn)必須測量的是_(填選項(xiàng)前的字母).A.水平槽上未放B球時(shí)，測量A球平均落點(diǎn)位

14、置到O點(diǎn)的距離B.A球與B球碰撞后，測量A球平均落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離C.測量A球或B球的直徑D.測量A球和B球的質(zhì)量E.測量G點(diǎn)相對于水平槽面的高度解析從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，飛行的時(shí)間t相同，而水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，故水平位移xvt，所以只要測出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移的測量值代替平拋初速度.故需測出未放B球時(shí)A球飛行的水平距離OP和碰后A、B球飛行的水平距離OM和ON，及A、B兩球的質(zhì)量，故A、B、D正確.ABD(4)若mv為不變量，則需驗(yàn)證的關(guān)系式為_解析若mv為不變量，需驗(yàn)證的關(guān)系式為mAvAmAvAmBvB，mAOPmAOMmBON本題利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，巧妙地提供了一種測

15、量兩球碰撞前后速度的方法，由于平拋運(yùn)動(dòng)高度相同，下落時(shí)間相等，速度的測量可轉(zhuǎn)化為距離的測量.總結(jié)提升總結(jié)提升達(dá)標(biāo)檢測1.(多選)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)，下列說法或操作正確的是A.相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了改變兩車的質(zhì)量B.相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘在一起C.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車D.先釋放拖動(dòng)紙帶的小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源解析相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運(yùn)動(dòng)，這種情況能得到能量損失很大的碰撞；應(yīng)當(dāng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小

16、車，否則因運(yùn)動(dòng)距離較短，小車釋放以后再打開電源不容易得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確.12342.(2018廣西賓陽中學(xué)期末)如圖8所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和帶有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、 B做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)：(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放一質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài).(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞的同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1，B至D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2.(3)重復(fù)幾次取

17、t1、t2的平均值.圖圖81234請回答以下幾個(gè)問題：在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意_；解析為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，必須使氣墊導(dǎo)軌水平.使氣墊導(dǎo)軌水平應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有_；滑塊A的左端到擋板C的距離s1和滑塊B的右端到擋板D的距離s2解析要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測出A至C的時(shí)間t1和B至D的時(shí)間t2，并且要測量出兩滑塊到擋板的距離s1和s2，再由公式v 求出其速度.1234只要關(guān)系式_成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和.12343.某同學(xué)利用兩個(gè)半徑相同的小球及斜槽“探究碰撞中的不變量”，把被碰小球M1置于斜槽末端處，如圖9所示.所測數(shù)據(jù)如下表.圖圖9小球質(zhì)量/g

18、小球水平射程/cmM1M220.932.656.012.567.81234(1)若把平拋時(shí)間設(shè)為單位時(shí)間1 s，則碰前M2與其做平拋運(yùn)動(dòng)的水平初速度v2的乘積M2v2_ kgm/s.碰后各自質(zhì)量與其做平拋運(yùn)動(dòng)的水平初速度的乘積之和M2v2M1v1_ kgm/s.(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)M2v2M1v10.018 2 kgm/s.0.018 30.018 2(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論是_.解析在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后兩物體各自質(zhì)量與其速度的乘積之和相等.在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后兩物體各自質(zhì)量與其速度的乘積之和相等12344.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車甲的前端黏有橡皮泥，推動(dòng)小車甲使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在前方的小車乙相碰并粘合成一體，而后兩車?yán)^續(xù)做勻速直線