高中物理選修3-5§16-1_實(shí)驗(yàn)、探究碰撞中的不變量LI

1、名人名言想像遠(yuǎn)比知識(shí)重要，知識(shí)有涯2而 想像能環(huán)抱整個(gè)世界。愛(ài)因斯坦這些看起來(lái)天壤之別的運(yùn)動(dòng)，遵從著條相同的科學(xué)規(guī)律動(dòng)量守恒定律。§16.1實(shí)驗(yàn)：採(cǎi)究瞇中的不變量生活實(shí)例臺(tái)球的碰撞兩擺球的碰撞火車(chē)車(chē)廂之 間的掛鉤靠 碰撞連接撞車(chē)打樁機(jī)打樁生活中的各種"釘釘子'生活中的各種碰撞現(xiàn)象該圖片由不沉的館遠(yuǎn)上傳至SonicChat. co，國(guó)片版權(quán)歸原刨者所有飛鳥(niǎo)撞飛機(jī)打網(wǎng)球生活中齡種碰撞現(xiàn)象微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態(tài)，甚至使得一種粒子 轉(zhuǎn)化為其他粒子.問(wèn)題起因大量事實(shí)表明,A、B兩物體碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)改變A、B兩物體的質(zhì)量時(shí),速度變化的情況也有所不同。那么

2、，碰撞前 后存在什么不變量呢？ 最簡(jiǎn)單的碰撞情形:A、B兩物體碰撞前后沿同一條直線運(yùn) 動(dòng)，即_維碰撞°I探究目標(biāo)I1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路;速度的測(cè)量方法;3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法。|實(shí)驗(yàn)思路|1、建立模型：實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動(dòng)，且方向同向?yàn)檎聪驗(yàn)樨?fù);2、用天平測(cè)量物體的質(zhì)量;3、怎樣測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體在碰撞前后的速度?I測(cè)速原理1 I光電門(mén)光電門(mén)測(cè)速：測(cè)出滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間匕則滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度為K二z/亡測(cè)速原理2單擺測(cè)速設(shè)擺繩長(zhǎng)為L(zhǎng),測(cè)出擺角e 和B ,機(jī)械能守恒可得速度為v= V 2gL (1-c

3、as 0 )測(cè)速原理3ABCDE、+r u |1r lw打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速測(cè)出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間 的距離/X,可得速度為y=ZX/Zt|測(cè)速原理4 |1=0t2= /tB 11 L1O 1O 20 30 40 50 &Or a 70 80 90 JOO 1 IO 120 130cm B1 ，rOIO 20 SO 40 50070 80 1OO 11O 120 130 cmA -fBABl»:i|O IO 20 30 40 SO 70 80 90 1OO 1 IO 120 I3OcmO IO 20 30 40 50 6070 80 90 1OO HO 120 I 30 cm頻閃照片測(cè)速：

4、分析頻閃照片中A、B滑塊碰撞前后的位置情況，設(shè)頻閃時(shí)間間隔為/t,可得 速度為vA=XA/lt斜槽末端切/向水平為防止碰撞中A球& 反彈*落點(diǎn)確定總I n叫、° M p n平拋測(cè)速:測(cè)出碰撞前后各球落點(diǎn)到0間的距 離X°p、X0M. X0N,各球空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，設(shè)為 小，可得速度為V =XOP/2d t測(cè)速原理5平拋測(cè)速的其他方案A需測(cè)球的直徑 M »l I0$ M P Nn譏n打m n)* R訂)碰撞可能有很多情形1、兩個(gè)質(zhì)量相同的物體相碰撞，兩個(gè)質(zhì) 量相差懸殊的物體相碰撞。2、兩個(gè)速度大小相同、方向相反的物體 相碰撞，一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體與一個(gè)靜止物體 相

5、碰撞。3、碰撞時(shí)可能中間通過(guò)彈簧接觸，碰后分開(kāi)，碰后也可能粘在一起不再分開(kāi)尋找的不變量必須在各種碰撞 的悄況下都不改變。I實(shí)驗(yàn)猜想I碰撞前碰撞后質(zhì)量叫fflgm1叫速度v2mvm, v1+m2v2ni! v,- +m2V2 -mv2mi vi2+nri2v22fDjVf 么打吆乜 2v/mV j /«1+冷/叫V /mt+v2，/mj實(shí)驗(yàn)分析碰撞前碰撞后質(zhì)量叫=4w =4叫=4氓=4>=9v=0譏=6mv郵+哪=仙科+崗尹;=瑪才+崗”=陽(yáng)f +坯才=% 叫 + =X V： + =仙他碰撞前碰撞后.ffiim=2叫=4用m速度v=9v=0中4.5/=9mv瑪叫+他耳=創(chuàng)+訛=瑪

6、才+論才=瑪if +論才=v/mX卩； + = 崗】論碰撞前碰撞后質(zhì)量叫=2m=4叫=2他=4速度v=6v =0卩;=4郵+叱=用1W +時(shí);=陽(yáng)f +用”=陽(yáng)f +哄才=v/m+=用1 叫碰撞前碰撞后叫=4m=2叫=4m=2速度v=0P： = -4mv郵+瑪也=他斗+叫卩；=叫才+用”=瑪才+輕卩=咖片1+ =用1 叫W V： += 用1論碰11前碰撞后質(zhì)量珂=4m=2叫=4m=2速度v=9v=0v=6p：=6mv叫卩I +巾已=Vl + m2V2 =陰才+饋X =瑪才+輕才=vhn用1 怏1+-仙 )V： =I實(shí)驗(yàn)結(jié)果I實(shí)驗(yàn)探究表明，A、B兩物體碰撞前后的不變量為:112I課堂練習(xí)I1、如

7、圖所示，利用氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén)研究碰撞 中的不變量，已知光電門(mén)的寬度為L(zhǎng),兩滑塊質(zhì) 量分別為ma和mB，開(kāi)始時(shí)滑塊A和B相向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò) 光電門(mén)的時(shí)間客自為丄冬和力如 碰撞后，滑塊B 和A先后以和ZtJ經(jīng)過(guò)右側(cè)光電門(mén)，如果實(shí) 驗(yàn)中測(cè)出碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量和速度乘積之和 保持不變，則可用題中條件寫(xiě)出所滿足的關(guān)系式 是m 4L/ zlt4-mBL/Z tB= mL/ A t ,+mBL/ Z tg9A一 B量刃則(1)1.4%I課堂練習(xí)I2、某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究碰 下列說(shuō)法正確的是()A.懸掛兩球的細(xì)繩長(zhǎng)度要適當(dāng)，且等長(zhǎng)由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小 球碰前的速度C. 兩小球必須都是鋼性球，

8、且質(zhì)量相同D. 兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)(2)已知兩球A和B的質(zhì)量之比為2： 1,如圖所示,開(kāi)始時(shí)A 球從與豎直成45。角的位置靜止釋放，之后兩球粘在一起向右 擺動(dòng)，最大擺角為30。，如果本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差是±4%, 試分析碰撞前后兩球的質(zhì)量與速度乘積之和是否保持不變？1.531mpgL課堂練習(xí)3、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過(guò)程中不變量的 實(shí)驗(yàn):在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速運(yùn) 動(dòng).然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù) 做勻速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖所示.在小車(chē)A后連著紙 帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量為 3

9、10g,小車(chē)B （包括橡皮泥）的質(zhì)量為205g,計(jì)算可知，兩小車(chē) 相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為0.620 kgWs；兩小車(chē) 相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為（）.618 kgm/s（保留三 位有效數(shù)字）。兩結(jié)果不完全相等的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔及小車(chē)與木板間有摩擦。課堂練習(xí)dL4、某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞中的不變量的實(shí) 驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速運(yùn)動(dòng)。 然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻 速運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的裝置如圖所示。在小車(chē)A后連著紙帶，電磁 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡 摩擦力。（1）若已得

10、到打點(diǎn)紙帶如圖所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間 距標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選BC段來(lái)計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選_BL段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同 速度（以上兩格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mi=0. 40kg,小車(chē)B的質(zhì)量1=0. 20kg,由以上測(cè)量結(jié)果可得碰前總動(dòng)懺物Q_kgm/s,碰后總動(dòng)量津 17薄木片I課堂練習(xí)II課堂練習(xí)I5、在探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測(cè)量的物理量有（ABEF ）A、入射小球和被碰小球的質(zhì)量B、C、D、入射小球和被碰小球的直徑斜槽軌道的末端距地面的高度 入射球滾下到拋出時(shí)的高度差E、入射球末碰撞時(shí)飛出的水平距離F、入射球和被碰球碰

11、撞后飛出的水平距離所示，在“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中，P為入射球A未與被碰球B碰撞時(shí)的落點(diǎn)，M為它與B球碰后的落點(diǎn)，N 為B球的落點(diǎn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)小球質(zhì)量Ma和Mb的要求是MaMb （填“” “二”或“V”）為了能用0P長(zhǎng)度表示球A的初速度，0M和O'N長(zhǎng)度分別表示球A和球B的末速度，則必須做到變量的表達(dá)式為,用圖中標(biāo)出的符號(hào)和測(cè)出的數(shù)據(jù)列出不。并討論:三個(gè)落地點(diǎn)距0點(diǎn)的距離冰0P、加與實(shí)驗(yàn)所用的小球質(zhì)量是否有關(guān)?斜槽末端點(diǎn)的切線水平，兩球球心 碰前處于等高點(diǎn)，即發(fā)生對(duì)心正碰mAOP=mAOM+m BO WOP與小球的質(zhì)量無(wú)關(guān)龍0M和ON與小球的質(zhì)量有關(guān)7、在探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)中

12、，(1)用游 標(biāo)卡尺測(cè)量直徑相同的入射球與被碰球的直徑，測(cè)量結(jié)果如圖(a)所示，該球直徑為214 cm：(2)實(shí)驗(yàn)中小球的落點(diǎn)情況如(b)所示。入射球AI課堂練習(xí)I與被碰球B的質(zhì)量比為mB=3? 2,則實(shí)驗(yàn)中碰 撞結(jié)束時(shí)刻兩球動(dòng)量大小之比Pa： PB= 1： 2 oO 3 MP Nfl1. 50dA40. 50*單位:cm42. S4 -00 M P NI課堂練習(xí)IIT J碰撞中的閃光照片研究8、A、B兩滑塊在同一光滑的水平直導(dǎo)軌上相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰 撞（碰撞時(shí)間極短）。用閃光照相，閃光4次攝得的照片如 圖所示。已知閃光的時(shí)間間隔為Zt,而閃光本身持續(xù)時(shí)間 極短，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在0-80cm刻度范 且第一次閃光時(shí)，滑塊A恰好通過(guò)x=55cm處，滑塊B 恰好通過(guò)x=70cm處，試根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究中得到的碰撞前后質(zhì) 量和速度乘積之和保1）碰撞發(fā)生在何處？2）碰撞發(fā)生在第一次閃光后多少時(shí)間？Ini3）兩滑塊的質(zhì)量之比等于多少？ur.J:判斷下述問(wèn)題：A=60cmJt；? t= J t/280加叫總30102030405060709.用如圖所示的裝置進(jìn)行探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn):(1)先測(cè)出滑塊A和B的質(zhì)量M和