《2025年优化探究同步导学案高中物理选择性必修第一册人教版》

1. 两个大小相同的小球的碰撞
实验演示:(1)如图甲所示,用两根长度相同的细线,分别悬挂两个完全相同的球A、B,拉起A球,然后放开,该球与静止的B球发生碰撞。碰撞后,A球停止运动,B球摆到A球被拉起时同样的高度。
(2)如图乙所示,A球换成大小相同的C球,使C球质量大于B球质量,用手拉起C球至某一高度后放开,撞击静止的B球,发现碰撞后B球获得较大的速度,摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。

实验现象猜想:(1)两个物体碰撞前后可能动能之和不变,所以质量小的球速度大。
(2)两个物体碰撞前后速度与质量乘积之和可能是不变的。

答案： 1.实验演示：
(1)高度
(2)较大 大于 实验现象猜想：
(1)不变
(2)不变

2. 利用滑轨探究一维碰撞中的不变量
实验装置如图所示,实验过程如下("+""-"表示速度方向):

实验1:使$ m_1 = m_2 = 0.25 \, kg $,让运动的小车1(质量为$ m_1 $)碰静止的小车2(质量为$ m_2 $),碰后两个小车分开,数据如表1。
表1

根据这个实验可推知,在误差允许的范围内:
(1)碰前物体的速度等于(选填"等于"或"不等于",下同)碰后物体的速度。
(2)碰前物体的动能等于碰后物体的动能。
(3)碰前物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $等于碰后物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $。
实验2:使$ m_1 = m_2 = 0.25 \, kg $,让运动的小车1(质量为$ m_1 $)碰静止的小车2(质量为$ m_2 $),碰后两小车一起运动,数据如表2。
表2

根据这个实验可推知,在误差允许的范围内:
(1)碰前物体的速度等于(选填"等于"或"不等于",下同)碰后物体速度的矢量和。
(2)碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。
(3)碰前物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $等于碰后物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $。
实验3:使$ 2m_1 = m_2 = 0.5 \, kg $,让运动的小车1(质量为$ m_1 $)碰静止的小车2(质量为$ m_2 $),碰后两小车分开,数据如表3。
表3

根据实验数据可推知,在误差允许的范围内:
(1)碰前物体的速度不等于(选填"等于"或"不等于",下同)碰后物体速度的矢量和。
(2)碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。
(3)碰前物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $等于碰后物体的质量$ m $与速度$ v $的乘积$ mv $。
该同学还进行了其他情景的实验,最终在实验中发现的"不变量"是质量和速度的乘积之和。
实验结论:此实验中两小车碰撞前后动能之和并不相等,但是质量和速度的乘积之和基本不变。
[思考与讨论]
观察表2中的数据发现,碰撞后的速度与质量乘积总是稍稍小于碰撞前的,请分析原因。

答案： 2.实验1：
(1)等于
(2)等于
(3)等于 实验2：
(1)等于
(2)不等于
(3)等于 实验3：
(1)不等于
(2)不等于
(3)等于 质量和速度的乘积之和 不相等 乘积之和
@@提示：碰撞后小车运动过程中受到阻力的作用，光电门测得的速度稍稍小于碰撞后的速度。