人教版高中物理选修3-5实验：探究碰撞中的不变量_课件2

第十六章 动量守恒定律

作业与测评·物理(选修3－5·R)教师用书

DI SHI LIU ZHANG | 第十六章 动量守恒定律

课时1 实验：探究碰撞中的不变量

对应学生用书P1

一、选择题

1．在气垫导轨上进行“探究碰撞中的不变量”实验时首先应该做的是( )

A．给气垫导轨通气

B．给光电计时器进行归零处理

C．把滑块放到导轨上

D．检查挡光片通过光电门时是否能够挡光计时

答案 A

解析 为保护气垫导轨，实验时应该先给它通气。故A正确。

2．在用气垫导轨进行“探究碰撞中的不变量”实验时，不需要测量的物理量是( )

A．滑块的质量 B．挡光的时间

C．挡光片的宽度 D．光电门的高度

答案 D

解析 从实验原理出发进行分析，A、B、C三个选项都是必须要测量的物理量。故选D。

3．对于“探究碰撞中的不变量”实验最终的结论m1v1＋m2v2＝m1v1′＋

m2v2′，下列说法正确的是( )

A．仅限于一维碰撞

B．任何情况下m1v21＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2也一定成立

C．式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小

D．式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积的矢量和

答案 D

解析 这个实验虽然是在一维情况下设计的实验，但结论具有普遍性，对各种碰撞均成立，A错误；系统的质量与速度乘积的矢量和在碰撞前后为不变量是实验的结论，B项中的结论不成立，而速度是矢量，应考虑方向。故B、C错误，D正确。

4．(多选)在利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验中，下列哪些因素可导致实验误差( )

A．导轨安放不水平 B．滑块上挡光板倾斜

C．两滑块质量不相等 D．两滑块碰后粘在一起

答案 AB

解析 导轨不水平将导致滑块速度受重力作用影响，从而产生实验误差，A正确；挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移，使滑块的速度测量出现误差，进而导致实验误差，B正确；实验中并不要求两滑块的质量相等，C错误；两滑块碰后粘在一起只意味着碰撞过程机械能损失最大，并不影响碰撞中的守恒量，D错误。

选修3-5

第十六章 动量守恒定律

过去的思路

冲量和动量的概念

↓

由牛顿第二定律导出动量定理

↓

由动量定理导出动量守恒定律

↓

最后告诉学生：动量守恒定律的适用范围更广

**********************************************

现在的思路：出发点――“守恒”的重要性，而非牛顿定律

寻找碰撞中的不变量

↓

碰撞中两个物体的m1v1 + m2v2可能是不变的

↓

定义动量

↓

经过几代物理学家的探索与争论……共识

――动量守恒定律

↓

动量守恒定律与牛顿定律的关系，动量定理

（物理规律的自恰）

↓

动量守恒定律的普适性

思路与过去相比有很大的不同――科学思想、科学方法

第1节 实验：探究碰撞中的不变量

思路：碰撞是常见的现象，宏观、微观

P2演示

A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。

换为质量相差较多的两个小球，重做以上实验。

一般情况下是否也有不变的量？

在实验中寻找不变的量。器材可选：气垫导轨、平板小车、线悬的小球……

P2课文，描述思路：

……质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。速度在碰撞前后是变化的……物体的质量与它的速度的乘积也在变化……

那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？

m1 v1 + m2v2 = m1 v1’ + m2 v2’ ？

或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？

m1 v12 + m22 = m1 v1’2 + m2 v2’2

也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？

+ = + ？

……

P3课文，进一步讨论可能的情况：

碰撞可能有很多情形……两个质量相同的物体相碰撞，两个质量相差悬殊的物体相碰撞，两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞……

人教版高中物理选修3-5全册教案汇总课 型新授课课题16.1 实验：探究碰撞中的不变量课 时1

教学

目标通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系

开始寻找，利用身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。

教 学

重 点

难 点一、重点

本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。如何真正实现探究

的过程。

二、难点

本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行

设计可行性较强的实验方案。

教 学

准 备多媒体

教

学

过

程一、新课引入

碰撞是自然界中常见的现象。比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相

连，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。两个迎面而来的人相撞后会相仰

而倒，或者各自后退。在微观粒子之间，更是由于相互碰撞而改变能量，甚

至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。

二、新课教学

由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量

不同时速度变化也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？人教版高中物理选修3-5全册教案汇总这节课主要介绍研究这个问题的实验。

（一）实验的基本思路

研究最简单的情况——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。这种碰撞叫做一维碰撞。

思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？

（学生答：质量m，速度v）

为什么与质量m有关？

（学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢）

设两物体质量分别为m1、m2，碰撞前速度分别为v1、v2，碰撞后速度分别为、。速度为矢量，因而需规定正方向。1v2v

问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？

质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状

态。而速度却是在碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度

的某种关系，却又恰好能在碰撞前后保持不变呢？

可能关系：①22221122221121212121vmvmvmvm

→这个关系不可能。碰撞前后能量必有损失，只是多少的问题。而我们要寻找的物理量是在任何一种碰撞中都不变的量。②22112211vmvmvmvm

人教版高中物理选修3—5知识点总结

第十六章 动量守恒定律动

16.1实验探究碰撞中的不变量

碰撞的特点:1、相互作用时间极短。

2.相互作用力极大，即内力远大于外力。

3、速度都发生变化。

一、实验的基本思路

1、一维碰撞：我们只研究最简单的情况——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、猜想与假设：一个物体的质量与它的速度的乘积是不是不变量?

3、碰撞可能有很多情形。例如两个物体可能碰后分开，也可能粘在一起不再分开。

二、需要考虑的问题

①如何保证碰撞是一维的？即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动。在固定的轨道上做实验——气垫导轨。

②怎样测量物体的质？用天平测量。

③怎样测量两个物体在磁撞前后的速度?

速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。

④数据处理：列表。

参考案例一气垫导轨和光电门研究碰撞。

参考案例二利用单摆研究碰撞

参考案例三利用打点计时器研究碰撞

参考案例四利用平抛运动研究碰撞

研究能量损失较小的碰撞时，可以选用参考案例二;研究碰撞后两个物体结合在一起的情况时，可以选用参考案例三。参考案例四测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。

16.2动量定理

一、动量

1、定义：把物体的质量 m和速度ʋ的乘积叫做物体的动量p，用公式表示为p = mʋ

2、单位：在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号是 kg•m/s

3、动量是矢量：方向由速度方向决定，动量的方向与该时刻速度的方向相同。

4、注意：物体的动量，总是指物体在某一时刻的动量，即具有瞬时性，故在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度。

5、动量的变∆p

①某段运动过程（或时间间隔）末状态的动量p' ，跟初状态的动量p的矢量差，称为动量的变化（或动量的增量），即p = p' - p。