16.1《實驗：探究碰撞中的不變量》

1、16.1實驗：探究碰撞中的不變量1 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2 碰撞是日常生活、生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象，兩個物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化 兩個物體的質(zhì)量比例不同時，它們的速度變化也不一樣 物理學(xué)中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義，本節(jié)通過實驗探究碰撞過程中的什么物理量保持不變(守恒) 3 1、一維碰撞 我們只研究最簡單的情況兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動 這種碰撞叫做一維碰撞實驗探究的基本思路一、4 如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后A球運動到最低點與B球發(fā)生碰撞，碰后B球

2、擺幅為角 如兩球的質(zhì)量mA=mB，碰后A球靜止，B球擺角=，這說明A、B兩球碰后交換了速度； 如果mAmB，碰后A、B兩球一起向右擺動； 如果mAmB，碰后A球反彈、B球向右擺動 以上現(xiàn)象說明A、B兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)A、B兩球的質(zhì)量關(guān)系發(fā)生變化時，速度變化的情況也不同5 2追尋不變量 在一維碰撞的情況下與物體運動有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度 設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1、v2 規(guī)定某一速度方向為正 碰撞前后速度的變化和物體的質(zhì)量m的關(guān)系，我們可以做如下猜測：6 碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運動狀態(tài)，不是

3、我們追尋的“不變量” 必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量7 1實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之后還沿同一直線運動; 2用天平測量物體的質(zhì)量； 3測量兩個物體在碰撞前后的速度 速度的測量：可以充分利用所學(xué)的運動學(xué)知識，如利用勻速運動、平拋運動，并借助于斜槽、氣墊導(dǎo)軌、打點計時器和紙帶等來達(dá)到實驗?zāi)康暮涂刂茖嶒灄l件實驗條件的保證、實驗數(shù)據(jù)的測量二、8 圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為L氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有光控開關(guān)，并與計時裝置相連，構(gòu)成光電計時裝置 當(dāng)擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過后不再擋光則停止計時，設(shè)記錄

4、的時間為t，則滑塊相當(dāng)于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=L/t參考案例一中測速原理9用氣墊導(dǎo)軌做碰撞實驗10實驗記錄及分析(a-1)11實驗記錄及分析(a-2)12實驗記錄及分析(a-3)13實驗記錄及分析(b)14實驗記錄及分析(c)15 將打點計時器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面。讓小車A運動，小車B靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體(如上圖)。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。用小車研究碰撞16三 、測量物體的速度的方法（1）光電門測速原理 如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一

5、定的寬度，設(shè)為L，氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有光控開關(guān)，并與計時裝置相連，構(gòu)成光電計時裝置。 當(dāng)擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過后不再擋光則停止計時，設(shè)記錄的時間為t，則滑塊相當(dāng)于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=L/t。17（2）擺球測速原理把兩個小球用線懸掛起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。如圖：可以測量小球被拉起的角度，從而算出落下時的速度；測量被撞小球擺起的角度，從而算出被碰后的速度。設(shè)擺線長為L，小球的半徑為r，質(zhì)量為m，被拉起的角度為，落下時的速度為v，根據(jù)機(jī)械能守恒有：解得：同理可求出碰后各小球的速度。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量

6、損失。注意：由于此實驗中角度的測量有困難，適于定性研究。 18（3）打點計時器實驗探究法將打點計時器固定在光滑導(dǎo)軌的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面。讓滑塊A靜止，滑塊B運動。在兩滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個滑塊連接成一體。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。19（4）利用平拋運動的裝置實驗探究法如圖所示，讓一個質(zhì)量較大(為m1)的小球A從斜槽上某高度處滾下來，與放在斜槽末端支柱上的體積相同、質(zhì)量較小(為m2)的小球B發(fā)生正碰。兩小球的質(zhì)量可用天平直接測量。但小球碰撞前后的速度不便于直接測量，如果利用平拋運動的規(guī)律通過測量水平位移進(jìn)行等效代換，問題就變得簡單多了。因在相同高度處，物體做平拋運動的水平飛行距離與其初速度成正比，兩小球在碰撞后及A球碰前均做下落高度相同的平拋運動，在落地前運動時間相等，因此用飛行時間作時間單位，則它們飛行的水平距離OP、OM、ON就在數(shù)值上等于它們各自做平拋運動的水平初速度v1、v1、v2，從而實現(xiàn)v1、v1、v2和OP、OM、ON的等量代換。20練習(xí)題 1在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量時，用到的測量工具有()A秒表、天平、刻度尺 B彈簧秤、秒表、天平C天平、刻度尺 D秒表、刻度尺2在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量時，下列哪些因素可導(dǎo)致實驗誤差()A導(dǎo)軌安放不水平 B小車上擋光片傾斜C兩小車質(zhì)量不相