Pelajaran Teach
Keabadian momentum: perlanggaran dengan troli sebenar
Pelajar menggunakan makmal jauh Keabadian Momentum Universiti Fort Hare untuk membandingkan perlanggaran kenyal dan tak kenyal, mengira nisbah halaju, menguji andaian model dan menerangkan batasan data sebenar.
Kali pertama menggunakan LabsLand? Cipta akaun guru anda
Hasil pembelajaran
Menggunakan makmal jauh sebenar dengan dua troli untuk mengumpulkan bukti halaju sebelum dan selepas perlanggaran.
Membezakan hasil perlanggaran kenyal dan tak kenyal.
Menggunakan penaakulan jisim sama untuk menguji ramalan momentum tanpa mereka-reka nilai jisim yang tiada.
Mengira dan mentafsir nisbah halaju daripada ulangan percubaan.
Menerangkan sebab tenaga kinetik tidak kekal dalam perlanggaran tak kenyal.
Menyatakan batasan model apabila data sebenar tidak sepadan tepat dengan nilai ideal.
Pratonton aktiviti pelajar
Kandungan aktiviti
Pratonton sahaja. Dalam sesi kelas, pelajar boleh mengisi jawapan dan menyerahkan hasil kerja mereka kepada guru.
Ramalkan perkara yang sepatutnya kekal
7 min
Dalam makmal ini, troli 1 bergerak ke arah troli 2. Kedua-dua troli berlanggar, lalu makmal memaparkan halaju sebelum dan selepas perlanggaran. Tugas anda ialah menentukan perkara yang ditunjukkan oleh data tentang momentum, tenaga dan batas model ideal.
Untuk laluan wajib, mulakan dengan jisim tambahan yang sama: 0 g pada troli 1 dan 0 g pada troli 2. Dengan cara ini, anda boleh membandingkan nisbah halaju tanpa mengetahui jisim asas tersembunyi bagi setiap troli.
Jenis perlanggaran dalam makmal sebenar
Selepas perlanggaran kenyal, troli berpisah. Selepas perlanggaran tak kenyal, troli kekal bersama dan bergerak sebagai satu pasangan.
Model momentum
p = mv
\qquad
\sum p_\text{sebelum} \approx \sum p_\text{selepas}
Sebelum membuka makmal, ramalkan perkara yang sepatutnya berlaku dalam perlanggaran jisim sama, 0 g / 0 g. Sertakan satu ramalan untuk perlanggaran kenyal, satu ramalan untuk perlanggaran tak kenyal dan satu sebab data sebenar mungkin tidak sepadan tepat dengan model ideal.
Tetapan manakah yang perlu dipilih untuk perbandingan perlanggaran kenyal dengan jisim sama?
Gunakan makmal jauh secara terancang
8 min
Makmal membolehkan anda memilih jenis perlanggaran dan jisim tambahan pada setiap troli. Untuk setiap tetapan, jalankan tiga ulangan jika tersedia dan baca jadual halaju yang diproses dalam m/s. Jadual melaporkan empat halaju bagi setiap percubaan: troli 1 dan troli 2, masing-masing sebelum dan selepas perlanggaran.
Aliran kerja pengumpulan data
Kekalkan jenis perlanggaran dan tetapan jisim yang sama bagi satu set ulangan. Jangan campurkan baris kenyal dan tak kenyal semasa mengira purata.
Buka makmal Keabadian Momentum
Buka makmal Keabadian Momentum melalui TEACH.
Tetapkan jenis perlanggaran kepada
kenyal, jisim tambahan troli 1 kepada 0 g dan jisim tambahan troli 2 kepada 0 g.Jalankan tiga ulangan jika makmal menawarkan percubaan berulang. Catat nilai dalam jadual halaju.
Tukar jenis perlanggaran kepada
tak kenyaldan kekalkan 0 g / 0 g. Jalankan tiga ulangan dan catat nilainya.Jika ada masa, kekalkan perlanggaran tak kenyal dan bandingkan 0 g / 0 g dengan 0 g / 100 g atau 0 g / 150 g.
Gunakan halaju dalam m/s. Jika sel jadual kosong, catat 0 hanya jika makmal menunjukkan dengan jelas bahawa troli tidak bergerak; jika tidak, tulis satu nota.
Pilihan pengumpulan data manakah yang menghasilkan perbandingan purata paling kukuh?
Kumpulkan bukti halaju sebelum dan selepas
18 min
Catat sekurang-kurangnya enam baris: tiga baris kenyal 0 g / 0 g dan tiga baris tak kenyal 0 g / 0 g. Tambahkan dua lagi baris kesan jisim jika ada masa.
Jadual bukti halaju perlanggaran
Gunakan satu baris bagi setiap ulangan. Untuk laluan wajib, kumpulkan tiga baris kenyal 0 g / 0 g dan tiga baris tak kenyal 0 g / 0 g. Baris pilihan boleh menggunakan 0 g / 100 g atau 0 g / 150 g. Lajur 'nisbah halaju r' ialah nisbah halaju sepunya tak kenyal yang ditakrifkan dalam fasa analisis; biarkan kosong untuk baris kenyal.
| Jenis perlanggaran | Jisim tambahan troli 1 g | Jisim tambahan troli 2 g | Ulangan | Troli 1 sebelum m/s | Troli 1 selepas m/s | Troli 2 sebelum m/s | Troli 2 selepas m/s | Nisbah halaju r | Nota pemerhatian |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Semak jadual anda. Baris manakah yang membentuk perbandingan kenyal jisim sama yang terbaik, dan baris manakah yang membentuk perbandingan tak kenyal jisim sama yang terbaik? Nyatakan jenis perlanggaran, jisim dan nombor ulangan.
Analisis perlanggaran jisim sama
10 min
Gunakan jadual anda terlebih dahulu. Pilih satu perbandingan terkawal kenyal 0 g / 0 g dan satu perbandingan terkawal tak kenyal 0 g / 0 g. Pastikan nombor ulangan kelihatan dalam nota supaya analisis anda berkaitan dengan baris yang benar-benar dicatat.
Berdasarkan baris kenyal 0 g / 0 g anda, terangkan sama ada troli bertukar halaju secara anggaran. Gunakan sekurang-kurangnya dua nilai halaju berangka.
Untuk baris tak kenyal 0 g / 0 g anda, kira nisbah halaju sepunya:
r = (halaju sepunya selepas perlanggaran) / (halaju troli 1 sebelum perlanggaran)
Masukkan nisbah purata terbaik anda dan terangkan perbandingannya dengan ramalan ideal 0.5 bagi jisim sama. Nilai 0.5 berasal daripada keabadian momentum: apabila dua troli berjisim sama melekat, jisim gabungan menjadi dua kali ganda, maka pasangan itu perlu bergerak pada kira-kira separuh halaju untuk mengekalkan jumlah momentum yang sama.
Adakah tenaga kinetik kekal dalam perlanggaran tak kenyal? Gunakan nisbah anda sebagai bukti. Petunjuk: bagi jisim sama yang melekat, pecahan tenaga kinetik selepas/sebelum boleh dianggarkan sebagai 2r² (dua kali kuasa dua r). Tenaga kinetik yang tidak lagi muncul dalam bentuk tersebut berubah menjadi haba, bunyi dan ubah bentuk; tenaga itu tidak musnah. Momentum masih kekal walaupun tenaga kinetik tidak kekal.
Mengapakah pelajaran ini tidak mewajibkan pengiraan jumlah momentum mutlak menggunakan p = mv bagi setiap baris?
Uji kesan jisim
7 min
Sekarang uji cara jisim tambahan mengubah corak. Kekalkan jenis perlanggaran tak kenyal. Bandingkan 0 g / 0 g dengan 0 g / 100 g atau 0 g / 150 g. Anda tidak mengira momentum mutlak; anda sedang menyemak sama ada pasangan sasaran yang lebih berat keluar dengan halaju sepunya yang lebih rendah.
Gunakan baris anda sendiri untuk perbandingan ini. Pasangan baris yang baik mengekalkan jenis perlanggaran dan tetapan troli yang datang, kemudian hanya mengubah jisim tambahan pada troli sasaran.
Bandingkan satu baris atau purata tak kenyal 0 g / 0 g dengan satu baris tak kenyal yang mempunyai jisim tambahan pada troli 2. Apakah yang berlaku kepada halaju sepunya selepas perlanggaran? Terangkan menggunakan idea momentum tanpa mereka-reka jisim asas troli.
Kendalikan ketidakpastian data sebenar
5 min
Perlanggaran sebenar tidak menyerupai rajah buku teks yang sempurna. Geseran, pemasaan, penderia, perincian hentaman dan pembacaan jadual boleh menyebabkan nilai menyimpang daripada nilai ideal. Matlamatnya ialah menerangkan perbezaan tersebut dengan jelas.
Jadual, graf atau rujukan tangkapan skrin bukti
Lampirkan atau huraikan satu artifak bukti: jadual halaju ringkas, graf yang anda hasilkan daripada jadual atau rujukan tangkapan skrin beranotasi bagi jadual halaju yang diproses oleh makmal. Untuk tangkapan skrin, gunakan rujukan atau pautan imej; untuk muat naik fail, gunakan fail jadual, laporan atau slaid. Artifak itu mesti menyokong dakwaan akhir anda dan tidak boleh sekadar tangkapan skrin tanpa label.
Nyatakan dua sumber ketidakpastian atau tingkah laku tidak ideal dalam makmal ini dan terangkan cara setiap satunya boleh mempengaruhi nisbah halaju atau dakwaan keabadian.
Buat dakwaan saintifik
5 min
Tulis kesimpulan yang boleh dinilai oleh guru berdasarkan bukti. Gunakan dakwaan, bukti, penaakulan dan batasan.
Apakah yang ditunjukkan oleh makmal Keabadian Momentum tentang perlanggaran kenyal dan tak kenyal? Sertakan satu dakwaan, sekurang-kurangnya tiga bukti berangka daripada jadual anda, penaakulan menggunakan momentum dan tenaga kinetik serta satu batasan bukti makmal.
Lanjutan pilihan: momentum mutlak dengan jisim yang diberikan oleh guru
15 min
Jika guru memberikan jisim asas troli daripada sumber yang disahkan, tambahkan jisim tambahan pada setiap troli dan kira jumlah momentum sebelum dan selepas.
Momentum mutlak pilihan
p_\text{jumlah}=m_1v_1+m_2v_2
Dengan menggunakan jisim asas yang diberikan oleh guru, kira jumlah momentum sebelum dan selepas bagi satu baris. Nyatakan sama ada perbandingan itu berada dalam julat toleransi data sebenar yang munasabah.