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1、江西省宜春市宜春中學高中物理 第16章第1節(jié)《實驗 探究碰撞中的不變量》導學案 新人教版選修3-5 【知識要點】 1．設計思想：新教科書關于動量的教學，與過去相比變化很大。突出了兩點：體現學習中的探究精神；強調物理學中“不變量”的思想。編者的邏輯線索與特級教師黃國龍《新課程背景下物理探究教學模式理論》一脈相承。基于學習并體會“科學探究”與“實驗探究”這兩種教學模式相結合的實踐活動。通過實驗情境從特殊到一般化探究，讓學生體驗碰撞中不變量的猜想認知過程；讓學生在實驗探究引導和實踐中收獲“不變量的猜想”成果，體驗學習探究過程，了解碰撞前后物塊速度的獲得方法，發(fā)展對學科的興趣與熱情，培養(yǎng)實驗探究

2、能力和交流協作能力。 2．設計元素：嘗試改造實驗案例二運用于引導探究式實驗教學，改進了實驗教材書中學生定量探究實驗的數據記錄方法。 【預習導航，要點指津】（約10分鐘） 一、實驗原理 在一維碰撞中，測出物體的質量和碰撞前后的速度，探究碰撞中的不變量。 二、實驗器材 方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。 方案二：斜槽，大小相等、質量不同的小鋼球兩個，重垂線一條，白紙，復寫紙，天平一臺，刻度尺，圓規(guī)。 三、實驗步驟 方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗 1．測質量：用天平測出滑塊質量。 2．安裝：正確安裝好氣墊

3、導軌。 3．實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質量；②改變滑塊的初速度大小和方向)。 4．探究一維碰撞中的不變量。 方案二：利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗 1．先用天平測出小球質量m1、m2。 2．按如圖所示安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點切線水平，調節(jié)實驗裝置使兩小球碰時處于同一水平高度，且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行，以確保正碰后的速度方向水平。 3．在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪復寫紙。 4．在白紙上記下重垂線所指的位置O。 5．先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高

4、度處滾下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點P。 6．把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它發(fā)生正碰，重復10次，仿步驟5求出入射小球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N。 7．過O和N在紙上作一直線。 8．由于小球運動時間相等，線段OM、OP、ON的長度可以表示小球碰撞前后的速度值，進而探究碰撞中的不變量。 9．整理實驗器材放回原處。 四、注意事項 1．前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。 2．方案提醒：(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平。

5、(2)若利用斜槽小球碰撞應注意： ①斜槽末端的切線必須水平； ②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放； ③選質量較大的小球作為入射小球； ④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。 3．探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。 【自主探索，獨立思考】（約10分鐘） 【題例】 如圖，用“碰撞實驗器”可以探究碰撞中的不變量。 ①實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量______(填選項前的符號)，間接地解決這個問題。 A．小球開始釋放高度h B．小球拋出點距地面的高度H C．小球做平拋運動的射程 ②圖中O點是

6、小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測出平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于拋道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復。 接下來要完成的必要步驟是______。(填選項前的符號) A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2 B．測量小球m1開始釋放高度h C．測量拋出點距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、N E．測量平拋射程OM、ON ③若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為__________________〔用②中測量的量表示〕；若碰撞是彈

7、性碰撞，那么還應滿足的表達式為____________________〔用②中測量的量表示〕。 【小組合作探究，議疑解惑】（約10分鐘） 1．在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，為了順利地完成實驗，入射球質量為m1，被碰球質量為m2，二者關系應是( ) A．m1>m2 B．m1=m2 C． m1

8、之和的大小相等 D．以上都不能斷定， 3．在“探究驗證”的實驗一中，若繩長L，球1、2分別由偏角α和β靜止釋放，則在最低點碰撞前的速度大小分別為 、 。若碰撞后向同一方向運動最大偏角分別為α，和β，，則碰撞后兩球的瞬時速度大小分別為 、 。 4．某同學設計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動．然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動，他設計的具體裝置如圖所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小

9、木片用以平衡摩擦力． (1)若已得到打點紙帶如圖所示，并將測得的各計數點間距離標在圖上，A點是運動起始的第一點，則應選 段來計算A的碰前速度，應選 段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB’’或“BC"或“CD"或"DE”)． (2)已測得小車A的質量m1=0．40kg，小車B的質量m2=0．20kg，由以上測量結果可得：碰前mAv++mBv。= kg·m／s；碰后mAvA，+mBvB，= kg·m／s．并比較碰撞前后兩個小車質量與速度的乘積之和是否相等． 【展示你的收獲】（約3分鐘） 【重、難、疑點評析】（約7分鐘）

10、 【達標檢測】（約7分鐘） 5．某同學用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來尋找碰撞中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置C由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復上述操作10次，得到10個落點痕跡，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置C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痕跡，重復這種操作10次，圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點，P，為未放被碰小球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點．若B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于

11、OP，，米尺的零點與O點對齊．(注意MA>MB) (1)碰撞后B球的水平射程應為 cm (2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量?答： (填選項號)． A．水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離 B．A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C．測量A球或B球的直徑 D．測量A球和B球的質量E．測量G點相對于水平槽面的高度 6．水平光滑桌面上有A、B兩個小車，質量分別是0．6k g和0．2kg．A車的車尾拉著紙帶，A車以某一速度與靜止的B車發(fā)生一維碰撞，碰后兩車連在一起共同向前運動．碰撞前后打點計時器打下的紙帶如圖

12、所示．根據這些數據，請猜想：把兩小車加在一起計算，有一個什么物理量在碰撞前后是相等的? 7．A、B兩滑塊在同一光滑的水平直導軌上相向運動發(fā)生碰撞(碰撞時間極短)。用閃光照相，閃光4次攝得的閃光照片如下圖所示。已知閃光的時間間隔為Δt，而閃光本身持續(xù)時間極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范圍內，且第一次閃光時，滑塊A恰好通過x=55cm處，滑塊B恰好通過x=70cm處，問： (1)碰撞發(fā)生在何處? (2)碰撞發(fā)生在第一次閃光后多長時間? (3)設兩滑塊的質量之比為mA：mB=2：3，試分析碰撞前后兩滑塊的質量與速度乘積之和是否相等?