第一章碰撞與動量守恒1碰撞

1/49一、碰撞現(xiàn)象1.碰撞:做相對運動兩個(或幾個)物體相遇而發(fā)生_________,在很短時間內(nèi),它們_________會發(fā)生顯著改變過程。2.實例:擊球、子彈中靶、重物墜地等。相互作用運動狀態(tài)2/49二、探究碰撞前后物體動能改變1.試驗裝置:_________,數(shù)字計時器,導(dǎo)軌上附有滑片和_______、滑塊上裝有_______和彈簧片。氣墊導(dǎo)軌光電門擋光條3/492.探究過程:4/49(1)先用_____分別測出帶彈簧片滑塊1、滑塊2質(zhì)量m1、m2,然后用手推進滑塊1使其取得初速度v1,與靜止滑塊2相碰(相碰時,兩彈簧片要_____),測定碰撞前、后兩滑塊_________,算出相關(guān)數(shù)據(jù),填入表中。天平正對速度大小5/49(2)再換用不帶彈簧片兩滑塊按照上面步驟進行實驗,并讀取試驗數(shù)據(jù),填入表中。(3)將滑塊上彈簧片換成_______,用_____分別測出滑塊1、滑塊2質(zhì)量;使有橡皮泥兩端_____,讓滑塊1與滑塊2相碰,測算出相關(guān)數(shù)據(jù),并填入表中。橡皮泥天平正對6/49碰撞前、后動能計算7/49三、碰撞分類(1)彈性碰撞:碰撞前后總動能_____碰撞。(2)非彈性碰撞:碰撞后總動能_____碰撞。(3)完全非彈性碰撞:兩物體碰撞后粘在一起,以相同_____運動碰撞。不變降低速度8/49知識點一、探究碰撞中不變量和動能改變思索探究:1.利用氣墊導(dǎo)軌進行試驗時,應(yīng)注意什么問題?2.怎樣計算滑塊經(jīng)過光電門速度。9/49【歸納總結(jié)】1.試驗原理:(1)一維碰撞: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碰撞。10/49(2)探究碰撞中不變量和動能改變:在一維碰撞情況下,設(shè)兩個物體質(zhì)量分別為m1、m2,碰撞前速度分別為v1、v2,假如速度方向與我們要求方向一致取正值,相反取負值,依次探究以下關(guān)系是否成立:11/49①m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′②m1+m2=m1v1′2+m2v2′212/49(3)試驗方案設(shè)計:方案一:用氣墊導(dǎo)軌完成兩個滑塊一維碰撞試驗裝置如圖所表示。不一樣質(zhì)量能夠經(jīng)過在滑塊上加重物方法實現(xiàn)。13/49①質(zhì)量測量:用天平測量。②速度測量:v=,式中Δx為滑塊上擋光板寬度,Δt為數(shù)字計時顯示器顯示滑塊擋板經(jīng)過光電門時間。③各種碰撞情景:滑塊上裝彈性片、貼膠布或橡皮泥等,到達碰撞后彈開或粘在一起效果。14/49a.在兩滑塊相碰端面裝上彈性碰撞架(如圖甲),能夠得到能量損失很小碰撞;b.在滑塊碰撞端貼膠布,能夠增大碰撞時能量損失;c.在兩個滑塊碰撞端分別裝撞針和橡皮泥,碰撞時撞針插入橡皮泥中,把兩個滑塊連接成一體運動(圖乙),這么碰撞中能量損失很大。15/4916/49方案二:利用小車在光滑桌面碰撞另一個靜止小車實現(xiàn)一維碰撞情況17/49靜止小車上裝上橡皮泥,運動小車上裝上撞針,讓它們碰撞后粘在一起。①質(zhì)量測量:用天平測量。②利用打點計時器統(tǒng)計小車碰撞前后運動情況,依據(jù)紙帶上點跡求速度。18/492.試驗過程:(1)用天平測量相關(guān)碰撞物體質(zhì)量m1、m2,填入預(yù)先設(shè)計好表格中。(2)安裝試驗裝置。(3)使物體發(fā)生碰撞。(4)測量或讀出碰撞前后相關(guān)物理量,計算對應(yīng)速度,填入預(yù)先設(shè)計好表格中。19/49(5)改變碰撞條件,重復(fù)步驟(3)、(4)。(6)進行數(shù)據(jù)處理,經(jīng)過分析比較,得出碰撞中“不變量”和動能改變量。(7)整理器材,結(jié)束試驗。20/49試驗中統(tǒng)計數(shù)據(jù)用表格:碰撞前碰撞后質(zhì)量m/kgm1m2m1m2速度v/(m·s-1)v1v2v′1v′2mv/(kg·m·s-1)m1v1+m2v2m1v′1+m2v′221/49碰撞前碰撞后mv2/(kg·m2·s-2)/(m·s-1·kg-1)其它可能猜測試驗得出結(jié)論22/49【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差:(1)碰撞是否為一維碰撞,設(shè)計試驗方案時應(yīng)確保碰撞為一維碰撞。(2)碰撞中其它力(比如,摩擦力、空氣阻力等)影響帶來誤差。試驗中要合理控制試驗條件,防止去碰撞時相互作用力外其它力影響物體速度。23/492.偶然誤差:測量和讀數(shù)準(zhǔn)確性帶來誤差,試驗中應(yīng)規(guī)范測量和讀數(shù),同時增加測量次數(shù),取平均值,盡可能減小偶然誤差影響。24/49【注意事項】1.前提條件:應(yīng)確保碰撞兩物體發(fā)生是一維碰撞,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。25/492.方案提醒:(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行試驗,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時,注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(2)若利用擺球進行試驗,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)在同一豎直平面內(nèi)。3.探究結(jié)論:尋找不變量必須在各種碰撞情況下都不改變,才符合要求。26/49【典例探究】【典例】某同學(xué)利用以下試驗器材,設(shè)計了一個碰撞試驗來尋找碰撞前后不變量:打點計時器、低壓交流電源(頻率為50Hz)、紙帶、表面光滑長木板、帶撞針小車A、帶橡皮泥小車B、天平。27/49該同學(xué)設(shè)計試驗步驟以下:A.用天平測出小車A質(zhì)量為mA=0.4kg,小車B質(zhì)量為mB=0.2kgB.更換紙帶重復(fù)操作三次C.小車A靠近打點計時器放置,在車后固定紙帶,把小車B放在長木板中間D.把長木板平放在桌面上,在一端固定打點計時器,連接電源28/49E.接通電源,并給小車A一定初速度vA(1)請將以上步驟按操作先后次序排列出來________。(2)打點計時器打下紙帶中,比較理想一條如圖所表示,依據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。29/49碰撞前碰撞后A車B車AB整體質(zhì)量/kg速度/(m·s-1)/(m·s-1·kg-1)mv/(kg·m·s-1)mv2/(kg·m2·s-2)30/49(3)依據(jù)以上數(shù)據(jù)猜測碰撞前后不變量表示式為_____________________。31/49【正確解答】(1)按照先安裝,后試驗,最終重復(fù)次序,該同學(xué)正確試驗步驟為ADCEB。(2)碰撞前后均為勻速直線運動,由紙帶上點跡分布求出速度。碰后小車A、B合為一體,求出AB整體共同速度。注意打點計時器頻率為50Hz,打點時間間隔為0.02s,經(jīng)過計算得下表。32/49碰撞前碰撞后A車B車AB整體質(zhì)量/kg0.40.20.6速度/(m·s-1)3.002.0/(m·s-1·kg-1)7.503.3mv/(kg·m·s-1)1.201.2mv2/(kg·m2·s-2)3.602.433/49(3)由表中數(shù)值可看出mv一行中數(shù)值相同,可猜測碰撞前后不變量表示式為mAvA+mBvB=(mA+mB)v。答案:(1)ADCEB

(2)見正確解答(3)mAvA+mBvB=(mA+mB)v34/49【過關(guān)訓(xùn)練】用天平、氣墊導(dǎo)軌(帶光電計時器和兩個滑塊)探究物體間發(fā)生相互作用時不變量,本試驗可用自動攝影機代替打點計時器(閃光頻率為10Hz),步驟方法以下:35/49(1)用天平稱出兩滑塊質(zhì)量mA=0.10kg,mB=0.20kg,放在水平氣墊上(導(dǎo)軌上標(biāo)尺最小分度為1cm,滑塊可看作質(zhì)點)。(2)碰撞前后連續(xù)三次閃光拍照得到圖中a、b、c所表示照片。請你依據(jù)圖示數(shù)據(jù)探究物體間發(fā)生相互作用時不變量。36/49【解析】由題圖a、b可確定A速度為

=0.6m/s則mAvA=0.1×0.6kg·m/s=6×10-2kg·m/s從題圖b、c看出滑塊A與B靠近到發(fā)生碰撞需t2=s=2.5×10-2s37/49所以A與B碰后回到7.0cm位置,歷時t2′=(0.1-2.5×10-2)s=7.5×10-2s所以,求出vA′=m/s=-0.2m/svB′=m/s=0.4m/s38/49所以碰撞后:mAvA′+mBvB′=6×10-2kg·m/s由以上計算可得:mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′答案:mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′39/49【賠償訓(xùn)練】(多項選擇)用如圖所表示裝置探究碰撞中不變量時,必須注意事項是(

)A.A抵達最低點時,兩球球心連線能夠不水平B.A抵達最低點時,兩球球心連線要水平C.屢次測量減小誤差時,A球必須從同一高度下落D.屢次測量減小誤差時,A球必須從不一樣高度下落40/4941/49【解析】選B、C。本題考查了探究碰撞過程中不變量,意在考查學(xué)生了解能力。要確保一維對心碰撞,必須在碰撞時球心在同一高度;屢次測量求平均值,必須確保過程重復(fù)性,A球必須從同一高度下落。故選項B、C正確,A、D錯誤。42/49知識點二、碰撞分類思索探究:依據(jù)上述試驗中系統(tǒng)動能改變情況請思索:(1)碰撞可分為哪幾個情況?(2)不一樣碰撞中動能改變情況有什么不一樣?43/49【歸納總結(jié)】碰撞過程特點:(1)時間特點:碰撞現(xiàn)象中,相互作用時間極短,相對物體全過程可忽略不計。(2)運動特點:在碰撞過程中,系統(tǒng)內(nèi)力遠大于外力,各物體運動狀態(tài)發(fā)生顯著改變。44/49(3)位移特點:在碰撞過程中,因為在極短時間內(nèi)物體速度發(fā)生突變,物體發(fā)生位移極小,可認為碰撞前后物體處于同一位置。(4)能量特點:彈性碰撞前后系統(tǒng)動能不變,非彈性碰撞前后系統(tǒng)總動能降低,完全非彈性碰撞前后系統(tǒng)降低動能最多。45/49【典例探究】【典例】以下物體發(fā)生碰撞屬于彈性碰撞是(

)A.鋼球A與鋼球BB.鋼球A與橡皮泥球BC.橡皮泥球A與橡皮泥球BD.木球A與鋼球B46/49【解析】選A。鋼球A與鋼球B發(fā)生碰撞,形變能夠恢復(fù),屬于彈性碰撞,A對;鋼球A與橡皮泥球B、橡皮泥球A與橡皮泥球B碰撞,形變不能恢復(fù),即碰后粘在一起,是完全非彈性碰撞,B、C錯;