江苏省高邮市界首中学高中物理《1.1实验：探究碰撞中的不变量》知识点 新人教版选修3-5

1 江苏省高邮市界首中学高二物理江苏省高邮市界首中学高二物理 1 1 1 1 实验 探究碰撞中的不变量实验 探究碰撞中的不变量 知识点知识点 新新 人教版选修人教版选修 3 53 5 实验基本思路 一维碰撞 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 追寻不变量 碰撞问题明显表现出物体运动状态的改变 而速度是描述物体运动状态的物理量 物体的运动状态变化 是以速度这一物理量的变化表现出来的 且碰撞中物体的运动状态改变的程度与物体的质量大小有关 所以 实验要测量的物理量是碰撞前后的速度以及物体的质量 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 1 v 2 v 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 我们可以做如下三种猜测 22112211 vmvmvmvm 2 22 2 11 2 22 2 11 vmvmvmvm 2 2 1 1 2 2 1 1 m v m v m v m v 实验参考案例 利用气垫导轨实现一维碰撞 质量的测量 用天平测量 速度的测量 x v t 如上图所示 图中滑块上红色部分为挡光板 挡光板有一定的宽度 设为 x 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 x 的位移上运动了时间 t 所以滑块匀速运动的速度 x v t 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞 质量的测量 用天平测量 速度的测量 测量小球被拉起的角度 算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 算出碰撞后对应小球的速度 2 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞 质量的测量 用天平测量 速度的测量 x v t x 是纸带上两计数点间的距离 用刻度尺测量 t 是两计数点之间的时间 可由打点间隔算出 利用斜槽上滚下的质量较大的小球和斜槽末端静止质量较小的小球去碰撞 实验原理 小球的质量可以用天平称出 两球碰撞前后的速度方向都是水平的 既可利用平抛的知识求 出 设小球下落的时间为 t 质量 1m 为的入射小球碰前的速度为 1v 碰撞后入射小球的速度是 1 v 被碰 小球的速度是 2 v 则 1 OP v t 1 OM v t 2 O N v t 实验仪器 斜槽 重锤 入射小球 被碰小球 白纸 复写纸 天平 游标卡尺 直尺 圆规 实验步骤 1 先用天平测量出两个小球的质量 2 按照图安装好实验装置 将斜槽固定在桌边 使槽的末端点的切线是水平的 把被碰小球放在斜槽 前边的的小支柱上 调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度 且碰撞瞬间 入射球与被碰球的球 心连线与轨道末端的切线平行 以确保碰撞后的速度方向水平 3 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 4 在白纸上记下重垂线所指的位置 O 它表示入射小球碰前的位置 5 先不放被碰小球让入射小球从斜槽上同一处滚下 重复 10 次 用圆规画尽可能小的圆把所有的小 球落点圈在里面 圆心就是入射小球不碰时的落地点 P 6 把被碰小球放在斜槽末端 让入射小球从同一高度滚下 使它们发生正碰 重复 10 次 按步骤 5 找出入射小球落地点 M 和被碰小球落地点 N 7 过 O 和 N 在纸上作一直线 取 OO 2r O 就是被碰小球碰撞时的球心投影位置 用刻度尺和三角 板或螺旋测微器测出小球直径 2r 8 用刻度尺量出 OM ON OP 的长度 实验注意事项 1 斜槽末端的切线必须水平 以球轻拨动后静止于槽中水平部分的任意位置为准 2 使小支柱与槽口的距离等于小球直径 3 认真调节小支柱的高度 使两小球碰撞时球心在同一高度上 同时使球心连线与斜 3 槽末端的延线平行 4 入射小球每次都必须从斜