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,,,動量守恒定律的應用第3課時,高中物理·選修3-5·粵教版,[目標定位] 1.明確探究物體碰撞中動量變化規(guī)律的基本思 路.2.掌握直線運動物體速度的測量方法．,猜想與假設 為了使問題簡化，這里研究兩個物體的碰撞，且碰撞前兩物體沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動． 設兩個物體的質量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1′、v2′，如果速度與我們規(guī)定的正方向相同取正值，相反取負值． 根據(jù)實驗求出兩物體碰前動量p＝m1v1＋m2v2，碰后動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p與p′是否相等，從而驗證動量守恒定律．,實驗設計 實驗設計需要考慮的問題： (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． 實驗案例 氣墊導軌上的實驗 氣墊導軌、氣泵、光電計時器、天平等． 氣墊導軌裝置如圖1所示，由導軌、滑塊、擋光片、光電門等組成，在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣，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 (1)質量的測量：用______測量． (2)速度的測量：用___________測量． 圖2,天平,光電計時器,實驗步驟 1．如圖2所示調節(jié)氣墊導軌，使其水平．是否水平可按如下方法檢查：打開氣泵后，導軌上的滑塊應該能保持靜止． 2．按說明書連接好數(shù)字計時器與光電門． 3．如圖3所示，把中間夾有彎形彈簧片的兩滑塊置于光電門中間保持靜止，燒斷拴彈簧片的細線，測出兩滑塊的質量和速度，將實驗結果記入設計好的表格中．,圖3,4．如圖4所示，在滑塊上安裝好彈性碰撞架．將兩滑塊從左、右以適當?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．測出它們的質量后，將實驗結果記入相應表格中．,圖4,5. 如圖5所示，在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥，將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門之間，裝有撞針的滑塊從一側經(jīng)過光電門后兩滑塊碰撞，一起運動經(jīng)過另一光電門，測出兩滑塊的質量和速度，將實驗結果記入相應表格中．,圖5,6．根據(jù)上述各次碰撞的實驗數(shù)據(jù)尋找物體碰撞中動量變化的規(guī)律． 氣墊導軌實驗數(shù)據(jù)記錄表 實驗結論：碰撞前后兩滑塊的動量之和保持不變．,典例分析 【例1】 (2014·課標Ⅱ)現(xiàn)利用圖6(a)所示的裝置驗證動量守恒定律．在圖(a)中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間．,圖6 實驗測得滑塊A的質量m1＝0.310 kg，滑塊B的質量m2＝0.108 kg，遮光片的寬度d＝1.00 cm；打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0 Hz. 將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如 圖(b)所示．,【例2】 某同學利用氣墊導軌做“探究碰撞中的動量變化規(guī)律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖7所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成． 圖7 (1)下面是實驗的主要步驟： ①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平； ②向氣墊導軌通入壓縮空氣；,③接通光電計時器； ④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間； ⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩； ⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側固定彈簧的滑塊2 碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電 門后依次被制動； ⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為滑塊1通過光電 門1的擋光時間Δt1＝10.01 ms，通過光電門2的擋光時間Δt2＝49.99 ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間Δt3＝8.35 ms；,⑧測出擋光片的寬度d＝5 mm，測得滑塊1(包括撞針)的質量 為m1＝300 g，滑塊2(包括彈簧)質量為m2＝200 g； (2)數(shù)據(jù)處理與實驗結論： ①實驗中氣墊導軌的作用是： A._________________________________________________， B．__________________________． ②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；(結果保留 兩位有效數(shù)字) ③在誤差允許的范圍內，通過本實驗，同學們可以探究出碰 撞前后系統(tǒng)的總動量和總動能如何變化？通過對實驗數(shù)據(jù)的 分析說明理由．,a．____________________；b.____________________． 答案 ①A.大大減小了因滑塊和導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． ②0.50 0.10 0.60 ③a.系統(tǒng)碰撞前、后質量與速度的乘積之和不變 b．碰撞前后總動能不變,【例3】 (2014·松原高二檢測)某同學設計了一個用打點計時器做“探究碰撞中動量變化規(guī)律”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．他設計的實驗具體裝置如圖8所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力． 圖8,(1)若實驗已得到的打點紙帶如圖9所示，并測得各計數(shù)點間距(標在圖上)，則應該選________段來計算A的碰撞前速度；應選________段來計算A和B碰后的共同速度(選填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)． 圖9,(2)已測得小車A的質量mA＝0.40 kg，小車B的質量mB＝0.20 kg.由以上測量結果可得：碰前mAvA＝________kg·m/s；碰后：(mA＋mB)v共＝________kg·m/s. 由此得出結論是_______________________________________________． (本題計算結果均保留三位有效數(shù)字) 答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 結論見解析 解析 (1)小車碰前做勻速直線運動，打出紙帶上的點應該是間距均勻的，故計算小車碰前的速度應選BC段．CD段上所打的點由稀變密，可見在CD段A、B兩小車相互碰撞．A、B碰撞后一起做勻速直線運動，所以打出的點又是間距均勻的，故應選DE段計算碰后的速度．,