实验：探究碰撞中的不变量.ppt

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分分类类例例析析1实验：

探究碰撞中的不变量实验：

探究碰撞中的不变量【实验目的实验目的】1明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路2探究一维碰撞中的不变量探究一维碰撞中的不变量【探究思路探究思路】1一维碰撞一维碰撞两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿同同一一直直线线运运动动，碰碰撞撞后后仍仍沿沿这这一一直直线线运运动，这种碰撞叫做一维碰撞动，这种碰撞叫做一维碰撞分分类类例例析析分分类类例例析析【实验原理实验原理】两两个个物物体体碰碰撞撞前前沿沿同同一一直直线线运运动动，碰碰撞撞后后仍仍沿沿这这条条直直线线运运动动方案一方案一利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图16-1-1所示所示图图16-1-1分分类类例例析析图图16-1-2分分类类例例析析（4）实验方法实验方法用用细细线线将将弹弹簧簧片片压压缩缩，放放置置于于两两个个滑滑块块之之间间，并并使使它它们们静静止止，然然后后烧烧断断细细线线，弹弹簧簧片片弹弹开开后后落落下下，两两个个滑滑块块随随即即向向相相反反方方向向运动运动（图图1612甲甲）在在两两滑滑块块相相碰碰的的端端面面装装上上弹弹性性碰碰撞撞架架（图图1612乙乙）可可以以得得到能量损失很小的碰撞到能量损失很小的碰撞在在两两个个滑滑块块的的碰碰撞撞端端分分别别装装上上撞撞针针和和橡橡皮皮泥泥，碰碰撞撞时时撞撞针针插插入入橡橡皮皮泥泥中中，把把两两个个滑滑块块连连成成一一体体运运动动（图图1612丙丙），这这样样可以得到能量损失很大的碰撞可以得到能量损失很大的碰撞分分类类例例析析方案二方案二利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图实验装置如图16-1-3所示所示

（1）质量的测量：

用天平测量质量质量的测量：

用天平测量质量

（2）速速度度的的测测量量：

可可以以测测量量小小球球被被拉拉起起的的角角度度，根根据据机机械械能能守守恒恒定定律律算算出出小小球球碰碰撞撞前前对对应应的的速速度度；测测量量碰碰撞撞后后两两小小球球分分别别摆摆起起的的对对应应角角度度，根根据据机机械械能能守守恒恒定定律律算算出出碰碰撞撞后后对对应应的的两两小小球球的速度的速度图图16-1-3（3）不同碰撞情况的实现：

用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的不同碰撞情况的实现：

用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失能量损失分分类类例例析析方案三方案三利利用用小小车车在在光光滑滑桌桌面面上上碰碰撞撞另另一一静静止止小小车车实实现现一一维维碰碰撞撞，两两小小车车碰碰撞撞端端分分别别装装上上撞撞针针和和橡橡皮皮泥泥实实验验装装置置如如图图16-1-4所所示示图图16-1-4分分类类例例析析分分类类例例析析【实验器材实验器材】方案一方案一气气垫垫导导轨轨、光光电电计计时时器器、天天平平、滑滑块块两两个个（带带挡挡光光片片）、重重物物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥方案二方案二带带细细线线的的小小球球（两两套套）、铁铁架架台台、天天平平、量量角角器器、坐坐标标纸纸、胶胶布等布等方案三方案三光光滑滑长长木木板板、打打点点计计时时器器、纸纸带带、小小车车（两两个个）、天天平平、撞撞针针、橡皮泥橡皮泥分分类类例例析析【实验步骤实验步骤】不不论论采采用用哪哪种种方方案案，实实验验过过程程均均可可按按实实验验方方案案合合理理安安排排，参参考步骤如下：

考步骤如下：

1用用天天平平测测量量两两滑滑块块的的质质量量m1、m2，填填入入预预先先设设计计好好的的表表中中2安装实验装置安装实验装置3使物体发生碰撞使物体发生碰撞分分类类例例析析4测测量量或或读读出出碰碰撞撞前前后后相相关关的的物物理理量量，计计算算对对应应的的速速度度，填填入预先设计好的表中入预先设计好的表中5改变碰撞条件，重复步骤改变碰撞条件，重复步骤3、4.6进进行行数数据据处处理理，通通过过分分析析比比较较，找找出出碰碰撞撞中中的的“不不变变量量”7整理器材，结束实验整理器材，结束实验分分类类例例析析实验中记录数据用的表格：

实验中记录数据用的表格：

碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量量m（kg）m1m2m1m2速度速度v（m/s）v1v2v1v2mv（kgm/s）m1v1m2v2m1v1m2v2分分类类例例析析续表续表分分类类例例析析【误差分析误差分析】1碰碰撞撞是是否否为为一一维维碰碰撞撞，是是产产生生误误差差的的一一个个重重要要原原因因，设设计计实实验验方方案案时时应应保保证证碰碰撞撞为为一一维维碰碰撞撞避避免免碰碰撞撞过过程程中中两两物物体体偏偏离一条直线离一条直线2碰碰撞撞中中是是否否受受其其他他力力（例例如如：

摩摩擦擦力力）的的影影响响是是带带来来误误差差的的又又一一个个重重要要原原因因，实实验验中中要要合合理理控控制制实实验验条条件件，尽尽量量减减小小或或避避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度3测测量量及及读读数数的的准准确确性性也也是是造造成成误误差差的的一一个个重重要要原原因因，实实验验中中要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响要规范读数和测量，尽量减小误差因素的影响分分类类例例析析【注意事项注意事项】1保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动2若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平仪确保导轨水平3若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内同一竖直面内4碰撞有很多情形我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况碰撞有很多情形我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求下都不改变，才符合要求.分分类类例例析析纸带研究碰撞问题纸带研究碰撞问题【典例典例1】某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：

在小车量的实验：

在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动他设计的具体装置如图成一体，继续做匀速直线运动他设计的具体装置如图1615甲所示在小车甲所示在小车A后面连着纸带，电磁打点计时器的电后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力分分类类例例析析图图16-1-5分分类类例例析析

（1）若若已已得得到到打打点点纸纸带带如如图图1615乙乙所所示示，并并将将测测得得的的各各计计数数点点间间距距标标在在图图上上，A为为运运动动起起始始的的第第一一点点则则应应选选_段段计计算算A碰碰前前的的速速度度，应应选选_段段计计算算A和和B碰碰后后的的共共同同速度速度（填填“AB”或或“BC”“CD”或或“DE”）

（2）已已测测得得小小车车A的的质质量量mA0.40kg，小小车车B的的质质量量mB0.20kg，由由以以上上测测量量结结果果可可得得：

碰碰前前mAvAmBvB_kgm/s，碰碰后后mAvAmBvB_kgm/s.（3）通过以上实验及计算结果，你能得出什么结论？

通过以上实验及计算结果，你能得出什么结论？

分分类类例例析析解析解析

（1）小车小车A碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应碰前做匀速直线运动，打出纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选BC段；段；CD段上段上所打的点由稀变密，可见在所打的点由稀变密，可见在CD段段A、B两小车相互碰撞两小车相互碰撞A、B碰撞后一起做匀速直线运动，所打出的点也应该是间距均碰撞后一起做匀速直线运动，所打出的点也应该是间距均匀的，故应选匀的，故应选DE段计算碰后速度段计算碰后速度分分类类例例析析碰碰前前mAvAmBvB0.41.05kgm/s0.420kgm/s，碰碰后后mAvAmBvB（mAmB）v0.60.695kgm/s0.417kgm/s.答答案案

（1）BCDE

（2）0.4200.417（3）碰碰撞撞前前后后，两两小小车质量与速度乘积之和相等车质量与速度乘积之和相等借借题题发发挥挥解解此此类类问问题题关关键键是是求求小小车车的的速速度度，而而小小车车碰碰撞撞前前后后的的速速度度求求解解方方法法是是利利用用纸纸带带上上匀匀速速运运动动过过程程求求解解，为为了了减减小测量的相对误差，应多测几个间距来求速度小测量的相对误差，应多测几个间距来求速度分分类类例例析析【变式变式1】如图如图1616（a）所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车固定一穿过打点计时器的纸带，先启动辆实验小车，甲车固定一穿过打点计时器的纸带，先启动打点计时器然后给甲车一个水平向右的瞬时力，甲车运动打点计时器然后给甲车一个水平向右的瞬时力，甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动，纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况如图带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况如图1616（b）所示，电源频率为所示，电源频率为50Hz，则碰撞前甲车速度大小为，则碰撞前甲车速度大小为_m/s，碰撞后的共同速度大小为，碰撞后的共同速度大小为_m/s.分分类类例例析析图图16-1-6分分类类例例析析答案答案0.60.4分分类类例例析析气垫导轨研究物体速度气垫导轨研究物体速度【典例典例2】为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高在某次实验匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高在某次实验中，中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相机每隔照相机每隔0.4s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图续时间很短，可以忽略，如图1617所示，已知所示，已知A、B之间的之间的质量关系是质量关系是mB1.5mA，拍摄共进行了，拍摄共进行了4次，第一次是在两次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后A原来处于静止原来处于静止状态，设状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10cm至至105cm这段范围内运动这段范围内运动（以滑块上的箭头位置为准以滑块上的箭头位置为准），试根，试根据闪光照片求出：

据闪光照片求出：

分分类类例例析析

（1）A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？

两滑块碰撞前后的速度各为多少？

（2）根根据据闪闪光光照照片片分分析析说说明明两两滑滑块块碰碰撞撞前前后后各各自自的的质质量量与与速速度的乘积和是不是不变量？

度的乘积和是不是不变量？

图图16-1-7分分类类例例析析分分类类例例析析

（2）碰碰撞撞前前：

mAvAmBvB1.5mA，碰碰撞撞后后：

mAvAmBvB0.75mA0.75mA1.5mA，所所以以mAvAmBvBmAvAmBvB，即即碰碰撞撞前前后后两两个个