16.1 实验：探究碰撞中的不变量
2019-2020学年高二物理人教版选修3-5同步作业：16.1 实验：探究碰撞中的不变量 Word版含答案
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。
5．(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时，下列注意事项正确的是()A．A球到达最低点时，两球的球心连线可以不水平B．A球到达最低点时，两球的球心连线要水平C．由静止释放A球，以便较准确地计算小球碰撞前的速度D．两球必须都是刚性球，且质量相同答案BC解析要保证碰撞是一维对心碰撞，必须保证碰撞时两球的球心在同一高度，A错误，B正确；由于计算碰撞前速度时用到了动能定理：mgh＝12m v2－0，故要求初速度为0，即A球应由静止释放，C正确；本实验中对小球是否有弹性及质量是否相等均无要求，D错误。
高中物理课件-16.1实验：探究碰撞中的不变量
方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞。
(1)质量的测量：用天平测量小球质量m1、m2。 (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v1；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v1′、v2′。
四、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、胶布、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。
五、实验记录
根据实验记录的数据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。
(1)质量的测量：用天平测量 A、B 质量 m1、m2。 (2)速度的测量：v＝ΔΔxt ，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。测出 A 碰前速度 v1 和 A、B 碰后速度 v1′、v2′。 (3)不同碰撞情况的实现：此方案探究的是碰撞后两物体结 合为一体的情况，可以利用在小车上加放重物的方法改变碰撞 物体的质量。
三、实验的设计方案
方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞
(1)质量的测量：用天平测量滑块的质量 m1、m2。 (2)速度的测量：利用公式 v＝ΔΔxt ，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。测出 A 碰前速度 v1 和碰后 A、B 速度 v1′、v2′。 (3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
光源 光敏管
遮光条
v x t
探究碰撞中的不变量教学设计
§16.1 实验：探究碰撞中的不变量一、教学目标（1）知识与技能：能够领会“探究碰撞中的不变量”实验的设计思路，并初步知道物体碰撞过程中动量守恒。
（2）过程与方法：能独立进行实验操作，会采集实验数据。
能够对实验数据进行分析，寻找物体碰撞前后的不变量。
（3）情感、态度与价值观：让学生经历自主探究、合作学习的情感体验。
二、重点难点本节教学内容的重点是实验方案的设计与筛选，难点是通过对实验数据的分析得出物体碰撞前后的不变量。
三、教学过程（一）课题的引入播放视频：台球的碰撞、两个小球的碰撞师：这是生活中常见的一种运动形式——碰撞。
发生碰撞的物体的运动状态发生了变化，我们可以通过什么物理量来描述物体的运动状态？生：……师：物体碰撞前后速度发生了变化，不同质量的物体碰撞前后速度的变化情况也是不同的。
那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？（提出问题，引导学生思考，猜测可能的情况）生：……师：以上几种情况，可能存在什么样的数学关系？生：……（'22'112211v m v m v m v m +=+；2'222'11222211v m v m v m v m +=+；'2'2'1'12211m v m v m v m v +=+；……） 师：事实是怎样的呢？我们可以通过物理实验来证实。
（二）实验方案的设计与选择师：我们应该采用什么实验方案进行探究呢？请同学们先设计一个合适的实验方案。
说明：（稍顷）让学生交流所设计的实验方案（学生在草稿纸上画，教师选择在巡回指导中注意到若干典型的设计方案在投影仪上打出）。
师：同学们提出了许多实验方案，我们应选用什么方案比较好呢？请同学们认真考虑一下，利用实验探究碰撞中的不变量时需要测量哪些物理量？生：测量质量与速度。
师：刚才视频播放中，我们看到台球与被碰台球并是在同一直线上运动，考虑到速度是矢量，这为研究碰撞前后不变量的探究增加了难度，我们从最简单的碰撞形式开始研究。
实验：探究碰撞中的不变量
确定实验场地，确保实验过程中 不会受到外界干扰。
进行实验并记录数据
01
将小球从斜面释放，让其自由下落，与挡板发生碰 撞。
02
使用计时器和数据采集器记录小球下落的时间和碰 撞后的速度。
03
重复实验多次，以获取更准确的数据。
分析实验结果
对采集到的数据进行 整理和统计，计算平 均值和标准差。
详细描述
能量守恒定律是物理学中的基本定律之一，适用于碰撞过程。在碰撞过程中， 系统的总能量保持不变。如果碰撞过程中没有外力做功，系统的总能量保持不 变，不会因为碰撞而增加或减少。
03
实验步骤
准备实验器材
实验器材：小球、斜面、挡板、 尺子、计时器、数据采集器等。
实验前需对所有器材进行检查， 确保其完好无损，并按照实验要
掌握实验技巧
在实验操作过程中，我们学会了如何精确控制实 验条件，以及如何测量和记录实验数据。
3
培养探究精神
通过自主设计和实施实验，我们培养了发现问题、 分析问题和解决问题的能力，激发了对科学探究 的兴趣。
对实验的反思与改进建议
实验误差分析
实验数据处理
在实验过程中，可能存在一些测量误 差和操作误差，需要对这些误差进行 分析，并找出减小误差的方法。
应用研究
可以探索碰撞中的不变量在现实生活和工程中的应用， 例如在碰撞动力学、碰撞防护等领域的应用。
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感谢您的观看
误差分析
在实验过程中，可能存在一些误差，如测量误差、仪器误差等。为了减小误差对实验结果的影响，我们采用了高 精度的测量仪器和多次测量的方法，并对数据进行处理和分析。
05
实验总结与建议
16.1_实验：探究碰撞中的不变量
v2
m1v1 + m2 v2
m1v12 + m2v22
碰撞后
m1
m2
v1'
v2'
m1 v1' + m2 v2'
m1v1' 2 + m2v2' 2
+
+
…
…
三、实验方案
方案1: 气垫导轨、光电计时器
如何保证滑块的碰撞是一维碰撞？ 气垫导轨 如何测量滑块碰撞前后的速度？ 光电计时器
方案2：摆球、量角器(或传感器)
mv m1v1+m2v2=
m1v1+m2v2=
mv2 m1v12+m2v22= v/m v1 v2
m1 m2
m1v12+m2v22=
v1 ' v2 ' m1 m2
实验记录及分析(轻物体撞重物体)
碰撞前
碰撞后
质量 m1= 2 速度 V1= 6
m2= 4 V2= 0
m1= 2 V1= -2
m2= 4 V2= 4
m2= 4 V2’= 6
mv m1v1+m2v2=
M1v’1+m2v’2=
mv2 m1v12+m2v22= v/m v1 v2
m1 m2
M1v’12+m2v’22=
v1 ' v2 ' m1 m2
实验记录及分析(a-2)
碰撞前
碰撞后
质量 m1= 4 速度 V1= 9
m2= 2 V2= 0
m1= 4 m2= 2 V1= 4.5 V2= 9
猜的速想运 度１动在状 碰：态撞，前m不后v是是我 变们 化m追 的寻 ，v 的 有什“么不m启变v示量 呢”？。m而 v
16.1实验：探究碰撞中的不变量
v1 v2 m1 m2
碰撞后
m1=4
m2=4
v1 =3
v2 =6
m1v1 m2v2
m1v12 m2v2 2 v1 v2 m1 m2
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质量 速度 mv mv2
v/m
碰撞前
m1=4
m2=2
v1=0
v2=0
m1v1 m2v2
m1v12 m2v22
(3)若利用长木板进行实验，可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩
擦力．
3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变.
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m1v1′＋m2v2′
mv2/(kg·m2·s－2) m1v21＋m2v22
m1v1′2＋m2v2′2
v /(m·s－1·kg－1)
m
v1＋ v2
m1 m2
实验得出的结论
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v1′＋v2′
m1 m2
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3.需要解决的问题：
（1）实验中如何保证碰撞是一维的？ （2）怎样测量物体的质量、碰撞前后的速度？
m1 m2 m1 m2 …
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二、数据处理 将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度
与原来的方向相反的情况.
碰撞前
碰撞后
质量 m/kg
m1 m2 m1 m2
速度 v/(m·s－1) v1
v1 v2
′
v2′
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mv/(kg·m·s－1) m1v1＋m2v2
v1 v2 m1 m2
碰撞后
16.1 实验：探究碰撞中的不变量(解析版)
16.1 实验：探究碰撞中的不变量学习目标1．了解探究碰撞中的不变量的基本思路和实验方法；2．体验探究自然规律的过程；3．探究一维碰撞中的不变量。
知识点一、实验探究的基本思路1．实验目的：（1）明确探究碰撞中的不变量的基本思路。
（2）探究一维碰撞中的不变量。
2．实验原理（1）一维碰撞：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。
（2）追寻不变量：在一维碰撞的前提下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2。
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质量是不变的，但质量并不能描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。
1 12 2 1 1 2 2④物体速度与其质量之比的和是否为不变量。
即是否有v1m1+v2m2=v1'm1m2知识点二、实验方案设计方案一：用气垫导轨结合光电门完成两个滑块的一维碰撞实验装置如下图。
11．器材：气垫导轨、光电计时器、滑块（带挡光板、两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2．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 。
3．速度的测量：v ＝Δx，式中Δx 为滑块上挡光片的宽度，Δt 为光电计时器显示的挡光片经过光电门的Δt时间。
4．碰撞情景的实现：如图所示，利用滑块上装弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，，达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。
利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。
方案二：利用等长悬绳挂等大的小球实现一维碰撞结合机械能守恒定律实验装置如图。
把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放开后它们相碰。
1．器材：带细线的摆球（两套）、铁架台、量角器、坐标纸、胶布。
2．所需测量量：悬点至球心的距离 l ，摆球被拉起或碰后的角度θ。
3．速度的测量 v ＝ 2gl （1－cos θ），式中 l 为单摆摆长，θ为小球被拉起或被撞小球摆起的角度。
11探究碰撞中的不变量实验报告
结
v 1/ms-1 v /ms-1 v 2/ms-1 v /ms-1 m43;m 2)v
论
1
0.29 0.184
0
0.184
0.094 0
0.093
2
0.426 0.269
0
0.269 0.138
0
0.136
结论： 在误差允许的范围内，碰前系统动量矢量和等于碰后系统动量矢量和。
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？
m1v1 + m2v2 = m1v1′+ m2v2′
？
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？
实
m1v12 + m2v2 2 = m1v1′2 + m2v2′2
4在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥或双面胶与之碰撞这时光电计时器系统自动计算时间撞后两者粘在一起分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t及碰后两者的共同速度v
物理实验报告单（示例十一）
姓名
班级
实验台号
实验课题 （选修3-5,§16.1）探究碰撞中的不变量 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路。
实验目的 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。 3、掌握实验数据处理的方法。
（7）先根据v =l /t 计算滑块1碰撞前的速度v 1及碰后两者的共同速度v ；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰 撞前后的动量的矢量和。 骤 实验数据：
m 1=0.324kg m 2=0.181kg l =1.00×10-3m
及
“实验探究碰撞中的不变量”创新教学设计
“实验探究碰撞中的不变量”创新教学设计实验名称：探究碰撞中的不变量实验目的：通过实验探究碰撞中的动量和动能在碰撞前后的变化情况，探究碰撞中的不变量。
实验材料：1.弹性碰撞小车（或其他碰撞实验装置）2.直尺3.计时器4.实验记录表格实验步骤：1.将弹性碰撞小车放在光滑水平桌面上，用直尺测量小车的初始速度并记录。
2.在小车前方的其中一固定位置放置一障碍物，并记录小车和障碍物的相对位置。
3.推动小车，记录小车碰撞障碍物前的速度和碰撞后的速度。
4.通过计算和观察得出碰撞前后的动量和动能的变化情况。
5.填写实验记录表格，包括碰撞前后速度、动量和动能的数据。
6.反复进行实验，改变碰撞物体的质量、形状等条件，观察不同条件下碰撞中的不变量。
实验结果与分析：通过多次实验，我们得出了以下结论：1.动量守恒定律：在碰撞中，碰撞物体的总动量在碰撞前后保持不变。
2.动能守恒定律：在完全弹性碰撞中，碰撞前后物体的总动能保持不变；在非完全弹性碰撞中，动能可能会转化为其他形式的能量，但总能量依然守恒。
3.碰撞中的不变量：碰撞中的动量和动能是不变量，无论碰撞条件如何改变，总动量和总动能在碰撞前后保持不变。
实验结论：本实验通过探究碰撞中的动量和动能变化情况，揭示了碰撞中的不变量：动量和动能。
碰撞过程中，总动量和总动能是守恒的，即碰撞前后保持不变。
这一结论对于理解动量守恒和能量守恒定律具有重要意义，也对碰撞过程中能量转化和守恒规律有了深入的认识。
通过本实验，我深刻领悟了实验的重要性和理论与实践的结合。
希望通过实验这一形式，让学生在实践中学习，深入理解物理规律，并激发他们对科学的兴趣和探索精神。
愿学生们能在实验中收获知识，不断探索、发现和创新！。
天津市实验中学2018教案：《物理》选修35第十六章《动量守恒定律》《实验：探究碰撞中的不变量》
天津市实验中学2018教案：《物理》选修35第十六章《动量守恒定律》《实验：探究碰撞中的不变量》实验：探究碰撞中的不变量一、教材分析《实验：探究碰撞中的不变量》是人教版普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-5第十六章《动量守恒定律》的第一节内容。
本节教材首先通过生产、生活中的大量实例引出碰撞现象，确定了研究主题。
接着教材提出问题并进行猜想，同时为了验证猜想又提供了多种实验方案，最后由学生亲自动手解决问题。
可见，教材编写者力图通过本节课程让学生经历一次完整的探究自然规律的过程。
与以往的教材不同，新课程并没有采用由牛顿定律演绎的方法引入动量，而更加重视让学生经历科学研究过程，体验研究手段，养成研究精神和意识的过程，以此渗透给学生鲜活的思想而非呆板的公式。
二、教学目标动量守恒定律是自然界的基本守恒定律之一，根据课标要求、教材内容以及学生情况，制定本课教学的三维目标如下：1、知识与技能(1)知道碰撞的不同类型(2)知道一维碰撞的操作方法(3)会测量物体的质量和物体碰撞前后的速度2、过程与方法(1)猜想两个物体碰撞前后可能不变的物理量并设计比较完整的实验方案(2)通过实验记录并分析数据，得出实验结论。
3、情感、态度与价值观发学生对碰撞现象的兴趣。
最后由教师总结说明：碰撞是一种非常常见的现象，且种类繁多、变化多端。
因此学习和探究这类现象中蕴含着的物理规律是具有科学价值和社会意义的。
(二)演示诱导，提出问题1、明确研究切入点与实际碰撞现象相比较，一维碰撞是简单的、基本的。
因此，我们先从简单情况入手，研究两个物体碰撞前后均沿同一条直线运动的规律。
2、通过演示“两球碰撞”这一对比实验，让学生观察碰撞前后两球运动的变化，提出问题：两球碰撞前后速度都发生了变化，变化的情况却各不相同，那么在这复杂多变的现象中，是否隐藏着简单不变的规律呢？(三)自主思考，建立猜想教师根据自己提出的问题，顺势启发学生不要急于直接知道答案，而是通过直觉或者经验大胆地先去猜测问题的答案可能是什么。
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【课 题】：§16.1 实验：探究碰撞中的不变量
【教学目标】：
1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路
2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法
3、掌握实验数据的处理方法
【教学重点】：探究碰撞中的不变量的基本思路
【教学难点】：探究碰撞中的不变量的基本思路
【教学过程】：
（一）引入新课
碰撞是自然界中常见的现象。
让学生列举一些常见的碰撞现象。
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。
提问：你看到了什么? 想到了什么?
总结：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的情况也不一样。
碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？
下面通过实验研究这个问题。
（二）进行新课
一、实验的基本思路
1、用实验进行探究，从哪种碰撞入手较好？最简单的情况――两个物体碰撞前后沿同一直线运动。
这种碰撞叫做一维碰撞。
与物体运动有关的物理量可能有哪些？在一维碰撞的情况下只有物体的质量和物体的速度。
设两个物体的质量分别为m 1、m 2，碰撞前的速度分别为v 1、v 2，碰撞后的速度分别为v ‘1、v ’
2。
如果速度与我们设定的方向一致，取正值，否则取负值。
碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
质量？――不变，但并不描述物体运动状态。
速度？――碰撞前后是变化的。
其他？
也许还有……
2、碰撞可能有很多情形：（1）两个质量相同的物体相碰撞。
（2）两个质量相差悬殊的物体相碰撞。
（3）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等等。
（4）两个物体碰撞时可能碰后分开 ，也可能粘在一起不再分开等。
3、寻找的不变量的特点：在各种碰撞的情况下都不改变。
二、需要考虑的问题
'2
2'112211v m v m v m v m +=+2'222'11222211v m v m v m v m +=+2'21'12211m v m v m v m v +=+
提问学生可能需要考虑的问题。
教师总结：
1、如何保证碰撞是一维的？
2、怎样测量物体的质量、碰撞前后的速度？
三、数据处理
提问学生如何进行处理数据。
教师给出参考表格。
填表时要注意：如果小球碰撞前后的速度与原来的方向相反，应该怎样记录？
五、参考案例见课本P4-5。