高中物理第十六章动量守恒定律第一节实验：探究碰撞中的不变量预习导航学案新人教版选修3_5

高中物理第十六章动量守恒定律第一节实验：探究碰撞中的不变量预习导航学案新人教版选修3_5

第一节 实验：探究碰撞中的不变量 预习导航 1．实验目的 （1）明确探究物体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．实验原理 （1）探究思路： ①一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫 作一维碰撞。 ②追寻不变量：在一维碰撞的情况下，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′，如果速度与我们规定的正方向一致， 取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立： a．m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′； b．m1v2 1＋m2v2 2＝m1v1′2＋m2v2′2； c. 1 1 V m ＋ 2 2 V m ＝ ' 1 1 V m ＋ ' 2 2 V m 。 探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度 v1、v2、v1′、 v2′。 （2）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。实验装置如图所示： ①质量的测量：用天平测量质量。 ②速度的测量：利用公式 v＝ x t   ，式中Δx 为滑块（挡光片）的宽度，Δt 为计时器 显示的滑块（挡光片）经过光电门所对应的时间。 ③利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。 ④实验方法： a．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（图甲）。 b．在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架（图乙），可以得到能量损失很小的碰撞。 c．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（图丙），这样可以得到能量损失很大的碰撞。 方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞。 实验装置如图所示： ①质量的测量：用天平测量质量。 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；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。 ③不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。 方案三：利用小车在光滑长木板上碰撞另一辆静止的小车实现一维碰撞。 实验装置如图所示： ①质量的测量：用天平测量质量。 ②速度的测量：v＝ x t   ，式中Δx 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量；Δt 为小车经过Δx 所用的时间，可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合 为一体的情况。 ③碰撞的实现：两小车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， 两小车连在一起运动。 3．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、橡皮泥等。 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、橡皮泥等。