1 实验：探究碰撞中的不变量
[学科素养与目标要求]
科学探究：1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路.2.会根据器材和实验目的设计实验方案.3.经历实验过程，培养动手能力和合作意识.
科学思维：1.能够在不同的实验方案中表示出物体碰撞前后的速度.2.通过实验探究，分析总结碰撞中的不变量.
一、实验原理
1.一维碰撞
两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动.这种碰撞叫做一维碰撞.
2.实验的基本思路：寻求不变量
在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，如果速度的方向与我们设定的坐标轴的正方向一致，取正值，反之则取负值.探究以下关系式是否成立：
(1)m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；
(2)m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2；
(3)＋＝＋.
二、实验方案设计
方案1：利用气垫导轨结合光电门的实验探究
(1)质量的测量：用天平测量.
(2)速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡光板的宽度，Δt为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间.
(3)碰撞情景的实现：如图1所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量.
图1
(4)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、天平.
方案2：利用摆球结合机械能守恒定律的实验探究
(1)所需测量量：悬点至球心的距离l，摆球被拉起(或被碰后)的角度θ，摆球质量m(两摆球质量可相等，也可不相等).
(2)速度的计算：v＝.
(3)碰撞情景的实现：如图2所示，用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失.
图2
(4)器材：带细线的摆球(两套)、铁架台、量角器、坐标纸、胶布、天平.
方案3：利用“光滑”水平面结合打点计时器的实验探究
(1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx，小车经过Δx所用的时间Δt，小车质量m.
(2)速度的计算：v＝.
(3)碰撞情景的实现：如图3所示，A运动，B静止，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体.
图3
(4)器材：长木板、小木块、打点计时器、纸带、刻度尺、小车(两个)、撞针、橡皮泥、天平.
三、实验步骤
不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：
(1)用天平测出相关质量.
(2)安装实验装置.
(3)使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格.
(4)改变碰撞条件，重复实验.
(5)通过对数据的分析处理，找出碰撞中的不变量.
(6)整理器材，结束实验.
