滬科版選修35 探究動量守恒定律 課件 （共35張）.pptx

第1章 1 2探究動量守恒定律 課時1探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 2 掌握在同一條直線上運動的兩個物體碰撞前 后速度的測量方法 內(nèi)容索引 知識探究 題型探究 達標(biāo)檢測 知識探究 一 實驗原理 為了使問題簡化 這里先研究兩個物體碰撞時動量變化的規(guī)律 碰撞前兩物體沿同一直線運動 碰撞后仍沿這一直線運動 設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1 m2 碰撞前的速度分別為v1 v2 碰撞后的速度分別為v1 v2 如果速度方向與我們規(guī)定的正方向一致取正值 相反取負值 根據(jù)實驗求出兩物體碰撞前的總動量p m1v1 m2v2碰撞后總動量p m1v1 m2v2 看一看p與p 有什么關(guān)系 二 實驗設(shè)計1 實驗設(shè)計要考慮的問題 1 如何保證碰撞前 后兩物體速度在一條直線上 2 如何測定碰撞前 后兩物體的速度 2 實驗案例 氣墊導(dǎo)軌上的實驗氣墊導(dǎo)軌 氣泵 光電計時器 天平等 氣墊導(dǎo)軌裝置如圖1所示 由導(dǎo)軌 滑塊 擋光條 光電門等組成 在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔 向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣 壓縮空氣會從小孔中噴出 使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上 如圖2所示 圖中氣墊層的厚度放大了很多倍 這樣大大減小了由摩擦產(chǎn)生的影響 圖1 圖2 1 質(zhì)量的測量 用 測量 2 速度的測量 用 測量 設(shè) s為滑塊上擋光條的寬度 t為數(shù)字計時器顯示的滑塊上擋光條經(jīng)過光電門的時間 則v 天平 光電計時器 三 實驗步驟和數(shù)據(jù)處理1 調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌 使其水平 是否水平可按如下方法檢查 打開氣泵后 導(dǎo)軌上的滑塊應(yīng)該能保持靜止 2 按說明書連接好光電計時器與光電門 3 如圖3所示 在滑片上安裝好彈性架 將兩滑塊從左 右以適當(dāng)?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后在兩光電門中間發(fā)生碰撞 碰撞后分別沿與各自碰撞前相反的方向運動再次經(jīng)過光電門 光電計時器分別測出兩滑塊碰撞前后的速度 測出它們的質(zhì)量后 將實驗結(jié)果記入相應(yīng)表格中 圖3 4 如圖4所示 在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥 將兩滑塊從左 右以適當(dāng)?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后發(fā)生碰撞 相碰后粘在一起 測出它們的質(zhì)量和速度 將實驗結(jié)果記入相應(yīng)的表格 5 在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥后 將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門之間 裝有撞針的滑 圖4 塊從一側(cè)經(jīng)過光電門后兩滑塊碰撞 然后一起運動經(jīng)過另一光電門 測出兩滑塊的質(zhì)量和速度 將實驗結(jié)果記入相應(yīng)表格中 6 根據(jù)上述各次碰撞的實驗數(shù)據(jù)尋找物體碰撞時動量變化的規(guī)律 實驗結(jié)論 碰撞前后兩滑塊的動量之和保持不變 氣墊導(dǎo)軌實驗數(shù)據(jù)記錄表 四 注意事項 1 保證兩個物體碰撞前沿同一直線 碰撞后仍沿同一直線運動 2 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時 注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 題型探究 例1某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做 探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 的實驗 氣墊導(dǎo)軌裝置如圖5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 下面是實驗的主要步驟 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 接通光電計時器 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 圖5 釋放滑塊1 滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2相碰撞 碰撞后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2 兩滑塊通過光電門2后依次被制動 讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間 滑塊1通過光電門1的擋光時間為 t1 10 01ms 通過光電門2的擋光時間為 t2 49 99ms 滑塊2通過光電門2的擋光時間為 t3 8 35ms 測出擋光片的寬度d 5mm 測得滑塊1的質(zhì)量為m1 300g 滑塊2 包括彈簧 的質(zhì)量為m2 200g 2 數(shù)據(jù)處理與實驗結(jié)論 實驗中氣墊導(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 保證兩個滑塊的碰撞是一維的 解析 答案 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 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 解析 解析 答案 在誤差允許的范圍內(nèi) 通過本實驗 同學(xué)們可以探究出哪些物理量是不變的 通過對實驗數(shù)據(jù)的分析說明理由 至少回答2個不變量 a b 答案見解析 解析 答案 解析a 系統(tǒng)總動量不變 原因 系統(tǒng)碰撞之前m1v1 0 15kg m s 系統(tǒng)碰撞之后m1v2 m2v3 0 15kg m s b 系統(tǒng)碰撞前后總動能不變 原因 系統(tǒng)碰撞之前的總動能系統(tǒng)碰撞之后的總動能所以系統(tǒng)碰撞前后總動能相等 c 系統(tǒng)碰撞前后質(zhì)量不變 例2為了探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 實驗最好在氣墊導(dǎo)軌上進行 這樣就可以大大減小阻力 使滑塊在碰撞前后的運動可以看成是勻速運動 使實驗的可靠性及準(zhǔn)確度得以提高 在某次實驗中 a b兩鋁制滑塊在一水平長氣墊導(dǎo)軌上相碰 用頻閃攝像的方法每隔0 4秒的時間拍攝一次照片 每次拍攝時閃光的持續(xù)時間很短 可以忽略 如圖6所示 已知a b之間的質(zhì)量關(guān)系是mb 1 5ma 拍攝共進行了4次 第一次是在兩滑塊相撞之前 以后的三次是在碰撞之后 a原來處于靜止?fàn)顟B(tài) 設(shè)a b滑塊在拍 攝閃光照片的這段時間內(nèi)是在10cm至105cm這段范圍內(nèi)運動 以滑塊上的箭頭位置為準(zhǔn) 試根據(jù)閃光照片求出 圖6 1 a b兩滑塊碰撞前后的速度各為多少 答案見解析 解析 答案 解析分析題圖可知 碰撞后 從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片時 a運動的時間是 由此可知 從第一張拍攝照片到發(fā)生碰撞的時間為t2 0 4 0 2 s 0 2s則碰撞前b物體的速度為由題意得va 0 2 根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后 兩個滑塊的總動量是否不變 答案見解析 解析碰撞前 mava mbvb 1 5ma碰撞后 mava mbvb 0 75ma 0 75ma 1 5ma 所以mava mbvb mava mbvb 即碰撞前后兩個物體總動量不變 解析 答案 例3某同學(xué)運用以下實驗器材 設(shè)計了一個碰撞實驗來探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 打點計時器 低壓交流電源 頻率為50hz 紙帶 表面光滑的長木板 帶撞針的小車a 帶橡皮泥的小車b 天平 該同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下 a 用天平測出小車a的質(zhì)量為ma 0 4kg 小車b的質(zhì)量為mb 0 2kgb 更換紙帶重復(fù)操作三次c 小車a靠近打點計時器放置 在車后固定紙帶 把小車b放在長木板中間d 把長木板平放在桌面上 在一端固定打點計時器 連接電源e 接通電源 并給小車a一定的初速度va 1 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來 adceb 解析按照先安裝 后實驗 最后重復(fù)實驗的順序 該同學(xué)正確的實驗步驟為adceb 解析 答案 2 打點計時器打下的紙帶中 比較理想的一條如圖7所示 根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表 圖7 解析 答案 答案見解析 解析小車在碰撞前后均為勻速直線運動 可由紙帶上的點跡分布求出速度 碰撞后小車a b合為一體 求出ab整體的共同速度 注意打點計時器的頻率為50hz 打點時間間隔為0 02s 通過計算得下表 3 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得碰撞前后動量守恒的表達式為 解析由表中數(shù)值可看出mv一行中數(shù)值相同 可猜想碰撞前后動量守恒的表達式為mava mbvb ma mb vab 解析 答案 mava mbvb ma mb vab 達標(biāo)檢測 1 在利用氣墊導(dǎo)軌探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律實驗中 哪些因素可導(dǎo)致實驗誤差a 導(dǎo)軌安放不水平b 滑塊上擋光片傾斜c 兩滑塊質(zhì)量不相等d 兩滑塊碰后粘合在一起 1 2 答案 3 2 用如圖8所示裝置探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律 氣墊導(dǎo)軌水平放置 擋光板寬度為9 0mm 兩滑塊被彈簧 圖中未畫出 彈開后 左側(cè)滑塊通過左側(cè)光電計時器 記錄時間為0 040s 右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時器 記錄時間為0 060s 左側(cè)滑塊的質(zhì)量為100g 左側(cè)滑塊的動量m1v1 g m s 右側(cè)滑塊的質(zhì)量為150g 兩滑塊的總動量m1v1 m2v2 g m s 取向左為速度的正方向 1 2 解析 答案 圖8 22 5 0 3 解析左側(cè)滑塊的速度為 則左側(cè)滑塊的動量m1v1 100g 0 225m s 22 5g m s以向左為速度的正方向 則右側(cè)滑塊的速度為 0 15m s則右側(cè)滑塊的動量m2v2 150g 0 15m s 22 5g m s因m1v1與m2v2等大 反向 所以兩滑塊動量的矢量和m1v1 m2v2 0 1 2 3 3 某同學(xué)把兩個大小不同的物體用細線連接 中間夾一被壓縮的彈簧 如圖9所示 將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上 燒斷細線 觀察兩物體的運動情況 進行必要的測量 探究物體間相互作用時的總動量規(guī)律 1 該同學(xué)還必須有的器材是 1 2 解析 答案 圖9 刻度尺 天平 3 解析物體離開桌面后做平拋運動 取左邊物體的初速度方向為正方向 設(shè)兩物體質(zhì)量和平拋初速度分別為 m1 m2 v1 v2 平拋運動的水平位移分別為s1 s2 平拋運動的時間為t 需要驗證的方程 0 m1v1 m2v2