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高中物理:16.1《实验:探究碰撞中的不变量》课件(1)(新人教版选修3-5)


16.1《实验:探究碰撞 中的不变量》

第十六章 动量守恒定律 1 实验:探究碰撞中的不变量 实验: 知识目标】 【知识目标】 1、明确探究碰撞中的不变量的基本 、 思路. 思路. 2、 2、掌握同一条直线上运动的两个物 体碰撞前后的速度的测量方法. 体碰撞前后的速度的测量方法. 3、掌握实验数据处理的方法. 、掌握实验数据处理的方法. 重点、难点】 【重

点、难点】 1、碰撞中的不变量的探究; 、碰撞中的不变量的探究; 2、实验数据的处理. 、实验数据的处理.

两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接

微观粒子之间由于相互碰撞而改变状 甚至使得一种粒子转化为其他粒子. 态,甚至使得一种粒子转化为其他粒子.

碰撞是日常生活、 碰撞是日常生活、生产活动中常见的 一种现象,两个物体发生碰撞后, 一种现象,两个物体发生碰撞后,速度都 发生变化. 发生变化. 两个物体的质量比例不同时, 两个物体的质量比例不同时,它们的 速度变化也不一样. 速度变化也不一样. 物理学中研究运动过程中的守恒量具 有特别重要的意义, 有特别重要的意义,本节通过实验探究碰 撞过程中的什么物理量保持不变(守恒 . 撞过程中的什么物理量保持不变 守恒). 守恒

探究碰撞中的不变量 一维碰撞:
碰撞前后两个物体都在同一直线 上运动。 +

如图所示, 、 是悬挂起 如图所示,A、B是悬挂起 来的钢球,把小球A拉起使其悬 来的钢球,把小球 拉起使其悬 线与竖直线夹一角度a, 线与竖直线夹一角度 ,放开后 A球运动到最低点与 球发生碰 球运动到最低点与B球发生碰 球运动到最低点与 碰后B球摆幅为 球摆幅为β角 撞,碰后 球摆幅为 角. 如两球的质量m 碰后A球静止 球静止, 球摆 如两球的质量 A=mB,碰后 球静止,B球摆 两球碰后交换了速度; 角β=α,这说明 、B两球碰后交换了速度; ,这说明A、 两球碰后交换了速度 如果m 碰后A、 两球一起向右摆动 两球一起向右摆动; 如果 A>mB,碰后 、B两球一起向右摆动; 如果m 碰后A球反弹 球反弹、 球向右摆动 球向右摆动. 如果 A<mB,碰后 球反弹、B球向右摆动. 以上现象说明A、 两球碰撞后 两球碰撞后, 以上现象说明 、B两球碰撞后,速度发生了 变化, 两球的质量关系发生变化时, 变化,当A、B两球的质量关系发生变化时,速度 、 两球的质量关系发生变化时 变化的情况也不同. 变化的情况也不同.

2.追寻不变量 . 在一维碰撞的情况下与物体运动有关 的量只有物体的质量和物体的速度. 的量只有物体的质量和物体的速度. 设两个物体的质量分别为m 设两个物体的质量分别为 1、m2,碰 撞前它们速度分别为v 撞前它们速度分别为 1、v2,碰撞后的速度 分别为v 、 . 分别为 1’、v2’. 规定某一速度方向为正. 规定某一速度方向为正. 碰撞前后速度的变化和物体的质量m 碰撞前后速度的变化和物体的质量 的关系,我们可以做如下猜测: 的关系,我们可以做如下猜测:

(1)m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1 v 1 '+ m 2 v 2 ' (2)m 1 v + m 2 v = m 1 v + m 2 v
2 1 2 2 '2 1 '2 2

v1 v2 v v (3) + = + m1 m 2 m1 m 2
①碰撞前后物体质量不变,但质量并不 碰撞前后物体质量不变, 描述物体的运动状态,不是我们追寻的“ 描述物体的运动状态,不是我们追寻的“不 变量” 变量”. ②必须在各种碰撞的情况下都不改变的 量,才是我们追寻的不变量. 才是我们追寻的不变量.

' 1

' 2

1.实验必须保证碰撞是一维的,即 .实验必须保证碰撞是一维的, 两个物体在碰撞之前沿同一直线运动, 两个物体在碰撞之前沿同一直线运动,碰 撞之后还沿同一直线运动; 撞之后还沿同一直线运动 2.用天平测量物体的质量; .用天平测量物体的质量; 3.测量两个物体在碰撞前后的速 . 度. 速度的测量: 速度的测量:可以充分利用所学的运 动学知识,如利用匀速运动、平抛运动, 动学知识,如利用匀速运动、平抛运动, 并借助于斜槽、气垫导轨、 并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和 纸带等来达到实验目的和控制实验条件. 纸带等来达到实验目的和控制实验条件.

图中滑块上红色部分为挡光板,挡光板有一 图中滑块上红色部分为挡光板, 定的宽度,设为L. 定的宽度,设为 .气垫导轨上黄色框架上安装有 光控开关,并与计时装置相连, 光控开关,并与计时装置相连,构成光电计时装 置. 当挡光板穿入时,将光挡住开始计时, 当挡光板穿入时,将光挡住开始计时,穿过 后不再挡光则停止计时,设记录的时间为t, 后不再挡光则停止计时,设记录的时间为 ,则滑 块相当于在L的位移上运动了时间 的位移上运动了时间t, 块相当于在 的位移上运动了时间 ,所以滑块匀 速运动的速度v=L/t. 速运动的速度 .

实验记录及分析(a-1) 实验记录及分析 碰撞前 质量 m1= 4 速度 V1= 9 m2= 4 V2= 0 碰撞后 m1= 4 V1’= 3 m2= 4 V2’= 6

mv m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= v/m
v1 v2 + = m1 m 2

M1v’1+m2v’2= M1v’12+m2v’22=
v1 ' v 2 ' + = m1 m 2

实验记录及分析(a-2) 实验记录及分析 碰撞前 质量 m1= 4 速度 V1= 9 m2= 2 V2= 0 碰撞后 m1= 4 m2= 2

V1= 4.5 V2= 9 m1v1+m2v2= m1v12+m2v22=
v1 ' v 2 ' + = m1 m 2

mv m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= v/m
v1 v2 + = m1 m 2

实验记录及分析(a-3) 实验记录及分析 碰撞前 质量 m1= 2 速度 V1= 6 m2= 4 V2= 0 碰撞后 m1= 2 V1= -2 m2= 4 V2= 4

mv m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= v/m
v1 v2 + = m1 m 2

m1v1+m2v2= m1v12+m2v22=
v1 ' v 2 ' + = m1 m 2

两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况 参考案例四――一平抛测速原理 一平抛测速原理 参考案例四

? 实验装置如图所示。 ? 把两块大小不同的木块用细线连接,中间夹一被 压缩了的轻弹簧.将这一系统置于光滑的水平桌 面上,烧断细线,观察物体的运动情况,通过测 量桌高和水平位移,可以算出抛出时的初速度。

实验记录及分析(b) 实验记录及分析 碰撞前 质量 m1= 4 速度 V1= 0 m2= 2 V2= 0 碰撞后 m1= 4 V1= 2 m2= 2 V2= -4

mv m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= v/m
v1 v2 + = m1 m 2

m1v1+m2v2= m1v12+m2v22=
v1 ' v 2 ' + = m1 m 2

将打点计时器固定在光滑桌面的一端, 将打点计时器固定在光滑桌面的一端, 把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面。 把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面。 让小车A运动,小车B静止。在两小车的碰 让小车 运动,小车 静止。 运动 静止 撞端分别装上撞针和橡皮泥, 撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插 入橡皮泥中,把两个小车连接成一体(如上 入橡皮泥中,把两个小车连接成一体 如上 图)。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。 。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。

实验记录及分析—(c) 实验记录及分析 碰撞前 质量 m1= 4 速度 V1= 9 m2= 2 V2= 0 碰撞后 m1= 4 V1= 6 m2= 2 V2= 6

mv m1v1+m2v2= mv2 m1v12+m2v22= v/m
v1 v2 + = m1 m 2

m1v1+m2v2= m1v12+m2v22=
v1 ' v 2 ' + = m1 m 2

与物体运动有关的物理量 基本思路 可能有哪些? 可能有哪些? (一维碰撞 一维碰撞) 一维碰撞 碰撞前后哪个物理量可能 是不变的? 是不变的? 碰撞必须包括各种情况的碰撞; 需要考虑 碰撞必须包括各种情况的碰撞 物体质量的测量(天平 天平); 物体质量的测量 天平 的问题 碰撞前后物体速度的测量(利用 碰撞前后物体速度的测量 利用 光电门或打点计时器等). 光电门或打点计时器等 作业: ①② 作业:P6①②


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