第十六章动量守恒定律导学案(经典)

第1节： 实验：探究碰撞中的不变量

学习目标

1.了解生产、生活中的碰撞现象；

2.经历两个物体碰撞前后会不会有什么物理量保持不变的猜想过程；

3.通过实验探究，经历寻找碰撞中的“不变量”的过程，领会实验的基本思路，感悟自然界的和谐统一； 4.培养实验技能，特别是数据采集和分析的能力。 自主学习、合作探究

一、实验的基本思路：

1．碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后， 都发生变化． 两个物体的质量比例不同时，它们的 变化也不一样．物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义．

2．教材P2“碰撞演示”： 如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度α，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角．观察如下情形中碰撞前后两球运动的变化情况： ①两球的质量mA=mB，碰后A球 ，B球摆角β α，这说明A、B两球碰后交换了 ；②如果mA>mB，碰后A、B两球 摆动； ③如果mA<mB，碰后A球 ，B球向 摆动．

结论：以上现象说明A、B两球碰撞后， 发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时， 变化的情况也不同．由此我们可以大胆猜想：寻找的碰撞中的不变量应该与什么因素有关呢？

3．一维碰撞： 这种碰撞叫做一维碰撞． 4．追寻不变量：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的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，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、，规定某一速度方向为正．

碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测： ① ； ② ； ③ 。 分析：

ⅰ：碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的 ，不是我们追寻的“不变量”． ⅱ：必须在各种碰撞的情况下都 的量，才是我们追寻的不变量． 二、实验条件的保证、实验原理分析1．实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿 运动，碰撞之后还 沿 运动;

2．用 测量物体的质量； 3．测量两个物体在碰撞前后的速度。

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，测量物体的速度有哪些方法呢？ 方案一：光电门测速原理

如教材P4图16.1-2所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L

．气垫导

轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置．当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度ν= 。

实验器材： 、 、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案二：摆球测速原理

参见教材P5案例二

实验器材：带细线的摆球（两套）、铁架台、 、 、坐标纸、胶布等 方案三：打点计时器测速原理

参见教材P5案例三

实验器材：光滑长木板、 、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。 方案四：平抛测速原理

实验装置如图所示。

让质量较大的小球从斜槽上滚下，与放在斜槽末端的另一质量较小的小球发生碰撞。碰后两个小球都做平抛运动。利用平抛运动的知识可以求出碰撞前后两个小球的速度。

设台面高OR为h，落点N到O点距离为x，则h= ，x= 。 得v= 。图乙中如何确定小球的落点位置N？ 。 三、实验数据的测量和分析（填写教材P3表） （1）质量相等的两物体相撞

（3）轻物体撞重物体

（4）原来静止的物体相互弹开

结论：通过以上各种情形的比较分析，可知在碰撞前后系统各部分的 的总和是一个定值。这就是我们所要寻求的守恒量。 巩固迁移

1．在利用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验中，需要的测量工具有 A.弹簧测力计 B.毫米刻度尺 C.天平 D.螺旋测微器

2．在利用气垫导轨探究“碰撞中的不变量”的实验中，哪些因素可导致实验误差

A.导轨安放不水平 B.小车上的挡光板倾斜 C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起 3．在利用悬线悬挂等大小球探究“碰撞中的不变量”的实验中，下列说法正确的是 A.悬挂两球的细绳长度要适当，且等长

B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C.两小球必须是刚性的，且质量相同 D.两小球碰后可粘在一起共同运动

4．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，为了顺利地完成实验，入射球质量为二者关系应是 A.

C.

><

B.

=

，被碰球质量为，

D.以上三个关系都可以

5．两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前 A.两球的质量相等 B.两球的速度大小相同

C.两球的质量与速度的乘积的大小相等 D.以上都不能断定，

6.如图（a）所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系着一条穿过打点计时器的纸带，当甲车以某一速度向乙运动时，并随即启动打点计时器，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带上记录下碰撞前和碰撞后两车的运

动情况如图（b）所示，电源频率为50Hz，则碰前甲车速度大小 m/s，碰后的共同速度大小 m/s。

7．“探究碰撞中的不变量”的实验中，入射小球m1=15g,原来静止的被碰小球的质量m2=10g，由实验测得它们在碰撞前后的x-t图象如图所示，可知入射小球碰前m1v1是 ，入射小球碰后

m1v1 ；被碰小球碰后m2v2’= 。由此得出结

论 。

8．某同学设计了一个用打点计时器探索碰撞中不变量的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如下图所示，在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板的一端下边垫着小木片用以平衡摩擦力。

（1）若已得到打点纸带如下图所示并测得各计数点间距标在图上，A为运动起始的第一个点，则应选 段来计算小车A碰前速度，应选 段来计算A和B碰后的共同速度。

（2）已测得小车A的质量为m1=0.40kg，小车B的质量为m2=0.20kg，由以上测量可得：

碰前两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s 碰后两车质量与速度乘积之和为 kg·m/s

(3)结论 。 课后小结

第2节：动量和动量定理

学习目标

1．理解动量和动量变化量及冲量的矢量性

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