1、動(dòng)量守恒定律,第十六章,第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量,第十六章,碰撞是自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象。兩節(jié)火車(chē)車(chē)廂之間的掛鉤靠碰撞連接，臺(tái)球由于兩球的碰撞而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。微觀粒子之間更是由于相互碰撞而改變能量，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子。 碰撞前后會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變呢？,1一維碰撞 兩個(gè)物體碰撞前沿_運(yùn)動(dòng)，碰撞后_運(yùn)動(dòng)。 這種碰撞叫做一維碰撞。 2探尋守恒量 在一維碰撞的前提下，設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1、v2。,實(shí)驗(yàn)的基本思路,同一直線(xiàn),仍沿這條直線(xiàn),m1v1m2v2,方案一：用氣墊導(dǎo)軌完成兩個(gè)滑塊的一維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如下圖

2、所示。,實(shí)驗(yàn)方案,寬度,光電門(mén),2各種碰撞情景 滑塊上裝彈性片、貼膠片或橡皮泥等，達(dá)到碰撞后彈開(kāi)或粘在一起的效果。 方案二：利用等長(zhǎng)懸繩掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。把兩個(gè)小球用線(xiàn)懸起來(lái)，一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放開(kāi)后它們相碰。,單擺擺長(zhǎng),方案三：利用小車(chē)在光滑桌面碰撞另一個(gè)靜止的小車(chē)實(shí)現(xiàn)一維碰撞 實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。,小車(chē)勻速,1將以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中,數(shù)據(jù)處理,從上表中的三個(gè)關(guān)系中，找出碰撞前和碰撞后相等的關(guān)系量。 2結(jié)論 在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前、后不變的量是物體的質(zhì)量m與速度v的乘積之和，即m1v1m2v2_。,一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1實(shí)驗(yàn)器材 方

3、案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)線(xiàn)、彈性碰撞架、膠片、撞針、橡皮泥等。 方案二：帶細(xì)線(xiàn)的擺球(兩個(gè))、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠片等。 方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(chē)(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥等。,2實(shí)驗(yàn)步驟 不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下： (1)用天平測(cè)量相關(guān)的質(zhì)量； (2)安裝實(shí)驗(yàn)裝置； (3)使物體發(fā)生碰撞； (4)測(cè)量或讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出物體的速度； (5)改變碰撞條件重復(fù)上述3、4步； (6)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通過(guò)分析對(duì)比，找出碰撞中的不變量； (7)整理實(shí)驗(yàn)器材。,二、注意事項(xiàng) 1保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞

4、。即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 2氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學(xué)儀器。切忌振動(dòng)、重壓，嚴(yán)防碰傷和劃傷，禁止在不通氣的情況下將滑塊在軌面上滑磨。 3若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)注意應(yīng)利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。,4利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以將實(shí)驗(yàn)儀器靠在一個(gè)大型的量角器上，這樣可以較準(zhǔn)確地讀出小球擺動(dòng)的角度，以減小誤差。 5若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜止時(shí)球心應(yīng)在同一水平線(xiàn)上，以便對(duì)心碰撞，且剛好接觸時(shí)，擺線(xiàn)豎直，將小球拉起后，兩條擺線(xiàn)應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。 6碰撞有很多情形，我們追尋的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求。,三、誤差分析 1碰撞前后是否

5、在一條直線(xiàn)上，與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)。氣墊導(dǎo)軌很好地控制了兩個(gè)物體碰撞的一維性，其他兩個(gè)設(shè)計(jì)都存在碰撞不是嚴(yán)格的一維碰撞的問(wèn)題，造成實(shí)驗(yàn)的誤差。 2碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影響是帶來(lái)誤差的又一個(gè)重要原因，實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件，盡量減小或避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度。 3測(cè)量及讀數(shù)的準(zhǔn)確性也是造成誤差的一個(gè)重要原因，實(shí)驗(yàn)中要規(guī)范讀數(shù)和測(cè)量，盡量減小誤差因素的影響。 方案一相比之下較為準(zhǔn)確，研究的項(xiàng)目也可以更多一些。,探究一維碰撞中的不變量,某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量。圖中兩擺擺長(zhǎng)相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為12。當(dāng)兩擺均處于自由靜止

6、狀態(tài)時(shí)，其側(cè)面剛好接觸。向左上方拉動(dòng)B球使其擺線(xiàn)伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放，結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng)，且最大擺角為30。此實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒φf(shuō)明碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積是不變量？ 答案：能,拓展延伸,重復(fù)這種操作10次，圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)，P為未放被碰小球B時(shí)A球的平均落點(diǎn)，M為與B球碰后A球的平均落點(diǎn)，N為被碰球B的平均落點(diǎn)，若B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊。,(1) 碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_(kāi)cm。 (2)若mv為守恒量，在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量() A. 水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落

7、點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 BA球與B球碰撞后，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C測(cè)量A球或B球的直徑 D測(cè)量A球和B球的質(zhì)量 E測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度,解析：(1)將10個(gè)點(diǎn)圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點(diǎn)，可由刻度尺測(cè)得碰撞后B球的水平射程為64.7cm，因最后一位數(shù)字為估計(jì)值，允許誤差0.1cm，因此64.6cm和64.8cm也是正確的。 (2)從同一 高度做平拋運(yùn)動(dòng)飛行的時(shí)間t相同，而水平方向?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，故水平位移svt，所以只要測(cè)出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移代替平拋初速度，亦即碰撞前后的速度，證明mAOP與mAOMmBON是否相等，即可以說(shuō)明兩個(gè)物體碰撞前后各自的質(zhì)量與其速度

8、的乘積之和是否相等，故必須測(cè)量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項(xiàng)A、B、D是必須進(jìn)行的測(cè)量。,答案：(1)64.7cm(64.664.8cm均可)；(2)ABD 點(diǎn)評(píng)：該題中利用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，巧妙的提供了一種測(cè)量碰撞前后的速度的方法，既方便又實(shí)用。,在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，也可以探索mv2這個(gè)量(對(duì)應(yīng)于動(dòng)能)的變化情況。,(1)若采用弓形彈片滑塊的方案如圖甲所示，彈開(kāi)后的mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)彈開(kāi)前mv2的總量，這是因?yàn)開(kāi)。 (2)若采用圖乙所示的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量，說(shuō)明碰撞中機(jī)械能_。(填“守恒”或“不守恒”)。 (3)若采用圖丙所示的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量，說(shuō)明碰撞中存在_損失。,答案：(1)大于彈片的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為兩滑塊動(dòng)能，滑塊動(dòng)能增加(2)等于守恒(3)大于機(jī)械能 解析：(1)彈開(kāi)前，兩滑塊靜止，動(dòng)