人教版高中物理选修3-5知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题16.1 实验：探究碰撞中的不变量

第十六章 动量守恒定律 第1节 实验：探究碰撞中的不变量 知识 一、实验目的 探究碰撞中的不变量。 二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前_____及碰撞后_____，看碰撞前后两者是否相等。 三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案二：带细线的摆球（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。 方案四：斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。 四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验（如图所示）。 1．测质量：用天平测出滑块质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨。 3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的_____（①改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向）。 4．验证：一维碰撞中的不变量。 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验（如图所示） 1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。 2．安装：把两个_____小球用等长悬线悬挂起来。 3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。 4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。 5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 6．验证：一维碰撞中的不变量。 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验（如图所示）。 1．测质量：用天平测出两小车的质量。 2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。 4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由_____算出速度。 5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 6．验证：一维碰撞中的不变量。 方案四：利用斜槽上滚下的小球验证碰撞中的不变量（如图所示）。 1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量_____的小球为入射小球。 2．安装：按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端_____。 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。 4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。 5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。 6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入_____，看在误差允许的范围内是否成立。 7．结束：整理好实验器材放回原处。 五、数据处理 1．速度的测量 方案一：滑块速度的测量：，式中Δx为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。 方案二：摆球速度的测量：，式中h为小球释放时（或碰撞后摆起的）高度，h可用刻度尺测量（也可由量角器和摆长计算出）。 方案三：小车速度的测量：，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的时间，可由打点间隔算出。 2．验证的表达式 方案一、二、三：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。 方案四：m1·OP=m1·OM＋m2·ON。 m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ 速度 等大 大 水平 m1·OP=m1·OM+m2·ON 重点 一、应用气垫导轨探究碰撞中的不变量 【例 ... ...