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1、2022年高中物理 16．1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量學(xué)案
知識(shí)點(diǎn)梳理：
1．實(shí)驗(yàn)探究的基本思路
1．1 一維碰撞
兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)．
這種碰撞叫做一維碰撞．
1．2 追尋不變量
在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度．
設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為、．
規(guī)定某一速度方向?yàn)檎?
碰撞前后速度的變化和物體的質(zhì)量m的關(guān)系，我們可以做如下猜測(cè)：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是我們追尋的“不
2、變量”．
②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量．
2．實(shí)驗(yàn)條件的保證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量
2．1 實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動(dòng);
2．2 用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；
2．3 測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體在碰撞前后的速度．
測(cè)量物體的速度可以有哪些方法？
典型例題：
問題一 實(shí)驗(yàn)操作過程
例題1：在課本參考案例(二)中，下列說法正確的是( )
A．懸掛兩球的細(xì)繩長(zhǎng)度要適當(dāng)，且等長(zhǎng)
B．由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前的速度
C．兩小球必須都是鋼性球，且質(zhì)量相同
3、 D．兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)
[解析] 兩繩等長(zhǎng)能保證兩球正碰，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以A正確。由于計(jì)算碰撞前速度時(shí)用到了mgh=mv2/2—0，即初速度為0，B正確。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小球的性能無要求，C錯(cuò)誤。
兩球正碰后，有各種運(yùn)動(dòng)情況，所以D正確。 [答案] ABD
問題二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
例題2：為了研究碰撞，實(shí)驗(yàn)可以在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運(yùn)動(dòng)可以看成是勻速運(yùn)動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)的可靠性及準(zhǔn)確度得以提高．在某次實(shí)驗(yàn)中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長(zhǎng)氣墊導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相每隔0．4s的時(shí)間拍攝一次照片，每次拍攝時(shí)閃光的延續(xù)時(shí)間很短，可以忽略，如
4、圖所示，已知A、B之間的質(zhì)量關(guān)系是mB=1．5mA，拍攝共進(jìn)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(shí)間內(nèi)是在10cm至105cm這段范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，(以滑塊上的箭頭位置為準(zhǔn))，試根據(jù)閃光照片求出：
(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少?
(2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積和是不是不變量?
[解析] 由圖分析可知(1)碰撞后：
VB/=0．50m／s，
VA/=0．75m／s
從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，A運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是t1=0．2s，由
5、此可知：從拍攝第一次照片到發(fā)生碰撞的時(shí)間為t2=0．2 s，則碰撞前B物體的速度為vB=1．0m／s，由題意得vA=0。
(2)碰撞前：mAVA十mBvB=1．5mA，
碰撞后：mAvA/十mBvB/= 1．5mA，所以mAvA+mBvB=mAvA/+mBvB/，即碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不變量。
問題三 實(shí)驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)
例題3： 如圖所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞中不變量的實(shí)驗(yàn)：
(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置
6、于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住A和B，在與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)起動(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碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至C運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1，B至D運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2。
(3)重復(fù)幾次取t1，t2的平均值。
請(qǐng)回答以下幾個(gè)問題：
①在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意 ；
②應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有 ；
③作用前A、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積之和為 ，作用后A、
7、B兩滑塊速度與質(zhì)量乘積之和為 。
[解析] (1)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，需要要用水平儀加以調(diào)試。
(2)要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測(cè)出A至C的時(shí)間t1和B至D的時(shí)間t2，并且要測(cè)量出兩滑塊到擋板的距離L1和L2，再由公式v=s/t求出其速度。
(3)設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA=L1/t，vB=L2/t。碰前兩物體靜止，v=0，速度與質(zhì)量乘積之和為0，碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積為(M+m)L1/t1-ML2/t2
[點(diǎn)評(píng)] 要求兩物體在碰撞前后質(zhì)量與速度乘積的關(guān)系，就要根據(jù)不同的儀器直接或間接測(cè)量，最后比較在誤差范圍內(nèi)其乘積是否相等即可。
2022年高中物理 16．1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量學(xué)案
