高中物理人教版选修3-5全一册学案【打包】.rar
高中物理人教版选修3-5全一册学案【打包】,第1节实验：探究碰撞中的不变量一、实验目的(1)明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路。(2)探究一维碰撞中的不变量。二、实验原理1．探究碰撞中的最简单的情况——一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图16－1－1所示。 图16－1－1(1)质量的测量：...
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内容介绍
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第1节实验：探究碰撞中的不变量
一、实验目的
(1)明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路。
(2)探究一维碰撞中的不变量。
二、实验原理
1．探究碰撞中的最简单的情况——一维碰撞
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。
方案一：
利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图16－1－1所示。
图16－1－1
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：利用公式v＝ΔxΔt，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门对应的时间。
(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
图16－1－2
(4)实验方法：
①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图16－1－2甲)。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图16－1－2乙)可以得到能量损失很小的碰撞。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图16－1－2丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。
方案二：
利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图16－1－3所示。
图16－1－3
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。
(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。
方案三：
利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。实验装置如图16－1－4所示。
图16－1－4
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：v＝ΔxΔt，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所用的时间，可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况。
2．追寻不变量
在一维碰撞中，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′。如果速度方向与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值。
依据猜想与假设，依次研究以下关系是否成立：
(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；
(2)m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2；
(3)v1m1＋v2m2＝v1′m1＋v2′m2；
…
三、实验器材
方案一：
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。
方案二：
带细线的小球(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。
四、实验步骤
不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的下表中。
(2)安装实验装置。
(3)使物体发生碰撞。
(4)测量或读出相关物理量，计算有关速度，填入预先设计好的下表中。
(5)改变碰撞条件，重复步骤3、4。
(6)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量。
(7)整理器材，结束实验。
碰撞前 碰撞后
质量(kg) m1 m2 m1 m2
速度(m•s－1) v1 v2 v1′ v2′
mv(kg•m•s－1) m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′
mv2(kg•m2•s－2) m1v12＋m2v22 m1v1′2＋m2v2′2
vm(m•s－1•kg－1)
v1m1＋v2m2
v1′m1＋v2′m2
实验结论
五、误差分析
(1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。
六、注意事项
(1)保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动。碰撞后仍沿同一直线运动。
(2)气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。
(3)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。
(4)利用摆球进行实验时，可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上，这样可以较准确的读出小球摆动的角度，以减小误差。
(5)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。
七、它案设计
“探究碰撞中的不变量”的实验方法多种多样，实验的情景变化、实验原理、实验方案也随之变化，关键是：
(1)控制好实验条件，即碰撞过程中不受其他外力，
(2)便于测量碰撞前后物体的速度。
实验数据的处理
[例1] 如图16－1－5所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动。已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做________运动，其速度大小为________m/s，本实验中得出的结论是______________________________________________
________________________________________________________________________。
图16－1－5
[解析] 由题图可知，A、B离开弹簧后，均做匀速直线运动，开始时vA＝0，vB＝0，A、B被弹开后，
vA′＝0.09 m/s，vB′＝0.06 m/s，
mAvA′＝0.2×0.09 kg•m/s＝0.018 kg•m/s
mBvB′＝0.3×0.06 kg•m/s＝0.018 kg•m/s
由此可得：mAvA′＝mBvB′，
即0＝mBvB′－mAvA′
结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒。
[答案] 匀速直线 0.09 两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒。
对实验原理的理解
[例2] 用如图16－1－6所示的装置..
一、实验目的
(1)明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路。
(2)探究一维碰撞中的不变量。
二、实验原理
1．探究碰撞中的最简单的情况——一维碰撞
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。
方案一：
利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图16－1－1所示。
图16－1－1
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：利用公式v＝ΔxΔt，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门对应的时间。
(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
图16－1－2
(4)实验方法：
①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图16－1－2甲)。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图16－1－2乙)可以得到能量损失很小的碰撞。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图16－1－2丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。
方案二：
利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图16－1－3所示。
图16－1－3
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。
(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。
方案三：
利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。实验装置如图16－1－4所示。
图16－1－4
(1)质量的测量：用天平测量质量。
(2)速度的测量：v＝ΔxΔt，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所用的时间，可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况。
2．追寻不变量
在一维碰撞中，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′。如果速度方向与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值。
依据猜想与假设，依次研究以下关系是否成立：
(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；
(2)m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2；
(3)v1m1＋v2m2＝v1′m1＋v2′m2；
…
三、实验器材
方案一：
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。
方案二：
带细线的小球(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。
四、实验步骤
不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的下表中。
(2)安装实验装置。
(3)使物体发生碰撞。
(4)测量或读出相关物理量，计算有关速度，填入预先设计好的下表中。
(5)改变碰撞条件，重复步骤3、4。
(6)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量。
(7)整理器材，结束实验。
碰撞前 碰撞后
质量(kg) m1 m2 m1 m2
速度(m•s－1) v1 v2 v1′ v2′
mv(kg•m•s－1) m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′
mv2(kg•m2•s－2) m1v12＋m2v22 m1v1′2＋m2v2′2
vm(m•s－1•kg－1)
v1m1＋v2m2
v1′m1＋v2′m2
实验结论
五、误差分析
(1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。
六、注意事项
(1)保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动。碰撞后仍沿同一直线运动。
(2)气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。
(3)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。
(4)利用摆球进行实验时，可以将实验仪器靠在一个大型的量角器上，这样可以较准确的读出小球摆动的角度，以减小误差。
(5)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。
七、它案设计
“探究碰撞中的不变量”的实验方法多种多样，实验的情景变化、实验原理、实验方案也随之变化，关键是：
(1)控制好实验条件，即碰撞过程中不受其他外力，
(2)便于测量碰撞前后物体的速度。
实验数据的处理
[例1] 如图16－1－5所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动。已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做________运动，其速度大小为________m/s，本实验中得出的结论是______________________________________________
________________________________________________________________________。
图16－1－5
[解析] 由题图可知，A、B离开弹簧后，均做匀速直线运动，开始时vA＝0，vB＝0，A、B被弹开后，
vA′＝0.09 m/s，vB′＝0.06 m/s，
mAvA′＝0.2×0.09 kg•m/s＝0.018 kg•m/s
mBvB′＝0.3×0.06 kg•m/s＝0.018 kg•m/s
由此可得：mAvA′＝mBvB′，
即0＝mBvB′－mAvA′
结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒。
[答案] 匀速直线 0.09 两滑块组成的系统在相互作用过程中质量与速度乘积的矢量和守恒。
对实验原理的理解
[例2] 用如图16－1－6所示的装置..
