實驗探究碰撞中的不變量

實驗探究碰撞中的不變量第1頁/共23頁臺球的各種花式打法第2頁/共23頁

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，碰撞過程中的什么物理量保持不變(守恒)？第3頁/共23頁一、探究碰撞中的不變量一維碰撞：碰撞前后兩個物體都在同一直線上運動。第4頁/共23頁3.各種碰撞情景的實現(xiàn)：利用彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥設(shè)計各種類型的碰撞，利用滑塊上加重物的方法改變碰撞物體的質(zhì)量。方案一：利用氣墊導(dǎo)軌實現(xiàn)一維碰撞2.速度的測量：v＝Δx/Δt，式中Δx

為滑塊(擋光片)的寬度，Δt

為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間。1.質(zhì)量的測量：用天平測量。第5頁/共23頁方案二：擺球測速原理如圖把兩個小球用線懸起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰?？梢詼y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，從而算出被撞后的速度。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量損失。第6頁/共23頁

單擺測速：設(shè)擺繩長為L，測出擺角θ和β，機械能守恒可得碰撞前A速度為，碰撞后速度為橡皮泥θβ保證兩繩等長測速原理第7頁/共23頁方案三：打點計時器測速原理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（如下圖）。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。第8頁/共23頁hh斜槽末端切向水平

平拋測速：測出碰撞前后各球落點到O間的距離XOP、XOM、XON，各球空中運動時間均相同，設(shè)為⊿t，可得速度為v=XOP/⊿t

為防止碰撞中A球反彈，有mA＞mB落點確定：方案四：利用斜槽探究不變量

第9頁/共23頁二、猜想碰撞中的不變量兩物體質(zhì)量與速度的乘積之和，即m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′是否成立？或者質(zhì)量與速度平方乘積之和即

m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2是否成立？還是有其他的可能？或者成立？第10頁/共23頁方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二：帶細線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥。實驗器材第11頁/共23頁不論采用哪種方案，實驗過程均可按實驗方案合理安排，參考步驟如下：1.用天平測相關(guān)質(zhì)量；2.安裝實驗裝置；3.使物體發(fā)生碰撞；4.測量或讀出相關(guān)物理量，計算有關(guān)速度；5.改變碰撞條件，重復(fù)步驟3、4；6.進行數(shù)據(jù)處理，通過分析比較，找出碰撞中的守恒量；7.整理器材，結(jié)束實驗。實驗步驟第12頁/共23頁1．實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗結(jié)論

為了探究碰撞中的不變量，將實驗中測得的物理量填入如下表格，然后探究不變量。第13頁/共23頁碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=4m2

=4m1=4m2=4速度v1=9v2=0v1?=3v2?=6mvm1v1+m2v2=m1v1?

+m2v2?

=mv2m1v12+m2v22=m1v1?2+m2v2?2=v/m實驗記錄及分析a─1第14頁/共23頁經(jīng)過驗證后可知，在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積，即

m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′2.實驗結(jié)論第15頁/共23頁1．保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即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。2．若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。3．若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。4．碰撞有很多情形，我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求。注意事項第16頁/共23頁課堂練習(xí)1、如圖所示，利用氣墊導(dǎo)軌和光電門研究碰撞中的不變量，已知光電門的寬度為L，兩滑塊質(zhì)量分別為mA和mB,開始時滑塊A和B相向運動，經(jīng)過光電門的時間各自為⊿tA和⊿tB，碰撞后，滑塊B和A先后以⊿tB’和⊿tA’經(jīng)過右側(cè)光電門，如果實驗中測出碰撞前后兩滑塊的質(zhì)量和速度乘積之和保持不變，則可用題中條件寫出所滿足的關(guān)系式是________________________________________第17頁/共23頁2、某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞中的不變量的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動。然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動，他設(shè)計的裝置如圖所示。在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。(1)若已得到打點紙帶如圖所示，并測得各計數(shù)點間距標(biāo)在圖上，A為運動起始的第一點，則應(yīng)選_______段來計算A的碰前速度，應(yīng)選______段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。(2)已測得小車A的質(zhì)量m1=0.40kg，小車B的質(zhì)量m2=0.20kg,由以上測量結(jié)果可得碰前總動量為_____kg·m/s，碰后總動量為______kg·m/sBCDE0.4200.417第18頁/共23頁3、某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量，則（1）下列說法正確的是()A．懸掛兩球的細繩長度要適當(dāng)，且等長B．由靜止釋放小球以便較準確地計算小球碰前的速度C．兩小球必須都是鋼性球，且質(zhì)量相同D．兩小球碰后可以粘合在一起共同運動（2）已知兩球A和B的質(zhì)量之比為2：1，如圖所示，開始時A球從與豎直成450角的位置靜止釋放，之后兩球粘在一起向右擺動，最大擺角為300，如果本實驗允許的最大誤差是±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？ABD1.531m√gL1.553m√gL1.4%第19頁/共23頁4、某同學(xué)用如圖所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)這種操作10次.圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點，B球落點痕跡如圖所示，其中厘米刻度尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，厘米刻度尺的零點與O點對齊.第20頁/共23頁(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取____cm.(2)在以下選項中，本次實驗必須進行的測量是_____.A.水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離B.測量A球與B球碰撞后，A球落點位置到O點的距離C.測量A球與B球的質(zhì)量D.測量G點相對于水平槽面的高度答案：(1)64.7(