河北省抚宁县第六中学高中物理 6.1实验 探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修35.ppt

微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态 甚至使得一种粒子转化为其他粒子 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 速度都发生变化 两个物体的质量比例不同时 它们的速度变化也不一样 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义 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 1 一维碰撞我们只研究最简单的情况 两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后仍沿同一直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞 实验探究的基本思路 如图所示 a b是悬挂起来的钢球 把小球a拉起使其悬线与竖直线夹一角度a 放开后a球运动到最低点与b球发生碰撞 碰后b球摆幅为 角 如两球的质量ma mb 碰后a球静止 b球摆角 这说明a b两球碰后交换了速度 如果ma mb 碰后a b两球一起向右摆动 如果ma mb 碰后a球反弹 b球向右摆动 以上现象说明a b两球碰撞后 速度发生了变化 当a b两球的质量关系发生变化时 速度变化的情况也不同 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 设两个物体的质量分别为m1 m2 碰撞前它们速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v1 v2 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的关系 我们可以做如下猜测 碰撞前后物体质量不变 但质量并不描述物体的运动状态 不是我们追寻的 不变量 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 1 实验必须保证碰撞是一维的 即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 2 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 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 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 实验条件的保证 实验数据的测量 图中滑块上红色部分为挡光板 挡光板有一定的宽度 设为l 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 构成光电计时装置 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 则滑块相当于在l的位移上运动了时间t 所以滑块匀速运动的速度v l t 参考案例一中测速原理 用气垫导轨做碰撞实验 实验记录及分析 a 1 实验记录及分析 a 2 实验记录及分析 a 3 实验记录及分析 b 实验记录及分析 c 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 让小车a运动 小车b静止 在两小车的碰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 如上图 通过纸带测出它们碰撞前后的速度 用小车研究碰撞 16 2动量和动量定理 历史背景 最早提出动量概念的是法国科学家笛卡尔 十七世纪 以笛卡儿为代表的西欧的哲学家们提出了这样一种观点 若找到一个适当的物理量来描述 运动的总量是守恒的 这就是运动不灭的思想 他继承伽利略说法 定义质量和速率的乘积为动量 笛卡尔认为 这是量度运动的唯一正确的物理量 他的观点的缺陷 在于忽略了动量的方向性 1668年 荷兰物理学家惠更斯在 关于碰撞对物体运动的影响 的论文中 明确指出了动量的方向性和守恒性 牛顿把笛卡尔的定义做了修正 明确的用质量和速度的乘积来定义动量 科学前辈们就是在追寻不变量的努力中 逐渐建立了动量的概念 发现了动量守恒定律 定义 物体的质量和速度的乘积 叫做物体的动量p 用公式表示为p mv 动量 momentum 2 单位 在国际单位制中 动量的单位是千克 米 秒 符号是kg m s 3 动量是矢量 方向由速度方向决定 动量的方向与该时刻速度的方向相同 4 动量是描述物体运动状态的物理量 是状态量 5 动量是相对的 与参考系的选择有关 注意 物体的动量 总是指物体在某一时刻的动量 即具有瞬时性 故在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度 一个质量是0 1kg的钢球 以6m s的速度水平向右运动 碰到一个坚硬物后被弹回 沿着同一直线以6m s的速度水平向左运动 如图 碰撞前后钢球的动量各是多少 碰撞前后钢球的动量变化了多少 课堂练习1 动量的变化 p 1 某段运动过程 或时间间隔 末状态的动量p 跟初状态的动量p的矢量差 称为动量的变化 或动量的增量 即 2 动量变化的三种情况 大小变化 方向改变或大小和方向都改变 p p p 3 同一直线上动量变化的运算 不在同一直线上的动量变化的运算 遵循平行四边形定则 p 也称三角形法则 从初动量的矢量末端指向末动量的矢量末端 动量的变化 p 2 质量为m的钢球自高处落下 以速率v1碰地 竖直向上弹回 与水平地面碰撞时间极短 离地时速率为v2 在碰撞过程中 钢球动量变化为多少 课堂练习 若速度变化 ek可能为零 kg m2 s2 j 标量 ek mv2 2 动能 若速度变化 则 p一定不为零 kg m s