1实验：探究碰撞中的不变量学习目标一、实验原理1.质量的测量：用测量.2.速度的测量：方案1：利用气垫导轨结合光电门(1)所需测量量：滑块(挡光板)的宽度Δx，滑块(挡光板)经过光电门的时间Δt.(2)速度的计算：v＝.三、实验步骤四、数据处理mv21.保证两物体发生的是，即两个物体碰撞前后沿.2.若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时要注意利用水平仪确保导轨.3.若利用摆球进行实验，两小球静放时应在同一水平线上，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.4.记录数据时，应规定正方向，若速度的方向与规定的正方向相同，则速度取值，若与规定的正方向相反，则取值.5.碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求.例1某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图4所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200g；(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A._______________________；B.______________________.②碰撞前滑块1的速度v1为_______m/s；碰撞后滑块1的速度v2为____m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由.(至少回答2个不变量).a.____________________________；b.___________________________.解析(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.B.保证两个滑块的碰撞是一维的.②滑块1碰撞之前的速度v1＝＝m/s≈0.50m/s；滑块1碰撞之后的速度v2＝＝m/s≈0.10m/s；滑块2碰撞之后的速度v3＝＝m/s≈0.60m/s；③a.系统质量与速度的乘积之和不变.原因：系统碰撞之前m1v1＝0.15kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15kg·m/s.b.系统碰撞前后总动能不变.原因：系统碰撞之前的总动能Ek1＝m1v＝0.0375J系统碰撞之后的总动能Ek2＝m1v＋m2v＝0.0375J所以系统碰撞前后总动能相等.c.系统碰撞前后质量不变.答案(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差B.保证两个滑块的碰撞是一维的②0.500.100.60③a.系统质量与速度的乘积之和不变.b.系统碰撞前后总动能不变.c.系统碰撞前后质量不变.总结提升二、利用摆球结合机械能守恒定律的探究解析设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得：h1＝l(1－cos45°)＝mBgh1碰撞前速度vB＝所以碰撞前质量与速度的乘积为mBvB＝mB同理可得碰撞后共同速度vAB＝碰撞后质量与速度的乘积为(mA＋mB)vAB＝(mA＋mB)所以＝代入已知条件得≈1所以mBvB＝(mA＋mB)vAB所以，此实验成功地说明了碰撞前后质量与速度的乘积是不变量.三、利用光滑水平面结合打点计时器的探究(1)若已得到打点纸带如图7所示，测得各计数点间距离并标在图上，A为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A碰撞前的速度，应选______段来计算A和B碰撞后的共同速度.解析从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大的速度，而AB段相同时间内间隔不一样，说明刚开始运动速度不稳定，因此BC段较准确地描述了小车A碰撞前的运动情况，故应选用BC段计算A碰撞前的速度；从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段小车运动稳定，故应选DE段计算小车A和B碰撞后的共同速度.(2)已测得小车A的质量m1＝0.40kg，小车B的质量m2＝0.20kg，由以上的测量结果可得：碰撞前两车质量与速度乘积之和为______kg·m/s；碰撞后两车质量与速度乘积