高中物理 第1节 实验：探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修35.ppt

第十六章动量守恒定律第1节实验 探究碰撞中的不变量 栏目链接 笛卡儿对物理运动规律的研究1596年3月13日 在法国西部的希列塔尼半岛上的图朗城 勒内 笛卡儿来到了人间 1616年 勒内 笛卡儿在波埃顿大学获法律博士学位 17世纪以后 数学之所以能有突飞猛进的发展 在很大程度上要归功于笛卡儿创立的坐标几何学 在贝克曼提出 运动守恒原理 的影响下 笛卡儿开展了对物理学的研究 在1644年出版的 哲学原理 一书中 他弥补了伽利略的不足 认为在运动量守恒这条规律 栏目链接 之外 要有其第二级定律三条 第一条定律是如果没有外界的作用 任何物质粒子的状态包括它的大小 形状 位置和运动不会有任何变化 第二条定律是如果物体处在运动之中 那么如无其他原因作用的话 它将继续以同一速度在同一直线方向上运动 既不停下也不偏离原来的方向 笛卡儿最早认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在 最早把惯性定律作为原理加以确立 这对后来牛顿的综合工作有着极深远的影响 栏目链接 第三条是关于碰撞的 这个定律指出 一个运动的物体不可能使一个处于静止的且质量更大的物体运动起来 然而由于动量守恒 遇到重的物体在碰撞后将保持它原来的速度而沿其他方向继续运动 笛卡儿总结了碰撞规律 为动量守恒定律的提出做出重要准备工作 栏目链接 栏目链接 1 一维碰撞 1 一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后 运动 这样的碰撞叫作一维碰撞 2 一维碰撞中速度 矢量 方向的表示方法 在一维碰撞问题中 先规定物体运动速度的某一方向为正方向 如果某物体速度方向与规定的正方向一致 则该物体速度取 值 如果某物体速度方向与规定的方向相反 则该物体速度取 值 栏目链接 仍沿同一条直线 正 负 2 实验案例相关知识 1 气垫导轨上两滑块的碰撞是一维碰撞 它与光电计时器的配合使用可以迅速测量出两个滑块碰前 碰后的速度 若滑块上挡光条的宽度为d 滑块通过某处光电计时器的挡光时间为 t 则滑块通过该处的速度v 2 若将一小球用长l的细线悬挂起来 并拉起一个与竖直方向成 的夹角 无初速释放后 小球到达最低处的速度v 栏目链接 3 打点计时器打出的纸带能记录运动物体在不同时刻的位移 通过分析纸带上所打点的变化特征可确定物体的运动状态 若所打各点均匀分布 可以判断物体做 运动 若知道打点计时器的频率和纸带上各相邻点间的距离 便可求出物体运动的 栏目链接 匀速直线 速度 栏目链接 1实验的基本思路 栏目链接 1 设置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 也就是做一维碰撞 与物体运动有关的物理量可能有哪些呢 在一维碰撞的情况下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 碰撞前的速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v1 v2 如果速度与我们设定的方向一致 取正值 否则取负值 碰撞前后哪个物理量可能是不变的 大致有以下几种可能供同学们去研究 栏目链接 1 保证发生一维碰撞 可以利用凹槽或气垫导轨限定运动在同一直线上进行 如课本 参考案例一 2 质量的测量 可以利用天平测量物体的质量 3 速度的测量 栏目链接 2需要考虑的问题 栏目链接 可以利用运动规律 如利用匀速直线运动中位移 速度 时间关系x vt求速度 也可以利用物体带动纸带运动 通过纸带上打点计时器所打的点迹来分析 计算速度 4 得出结论 栏目链接 3参考案例 栏目链接 1 原来连在一起的两个物体 由于它们之间具有相互排斥的力而分开 这实际上也是一种碰撞 这种情况可以通过下面的方法实现 用细线将弹簧片拉成弓形 放置于质量不等的两个滑块之间 并使它们静止 然后烧断细线 弹簧片弹开后落下 两个滑块随即向相反方向运动 如下图甲 2 碰撞时难免有能量损失 只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变 它才是我们寻找的不变量 在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架 如下图乙 可 栏目链接 栏目链接 栏目链接 栏目链接 栏目链接 2 按下电钮使电动卡销放开 同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器 当a和b与挡板c和d碰撞时 电子计时器自动停表 记下a至c的运动时间t1 b至d的运动时间t2 3 重复几次取t1 t2的平均值 请回答以下几个问题 在调整气垫导轨时应注意 应测量的数据还有 作用前a b两滑块速度与质量乘积之和为 作用后a b两滑块速度与质量乘积之和为 栏目链接 栏目链接 栏目链接 变式迁移 某同学用下图甲所示装置通过半径相同的a b两球的碰撞来寻找不变量 图中sq是斜槽 qr为水平槽 实验时先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止开始滚下 落到位于水平地面的记录纸上 留下痕迹 重复上述操作10次 得到10个落点痕迹 再把b球放在水平槽上靠近槽末端的地方 让a球仍从位置g由静止开始滚下 和b球碰撞后 a b球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 重复这种操作10次 图中o是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点 p为未放被碰小球b时a球的平均落点 栏目链接 变式迁移 栏目链接 变式迁移 a 水平槽上未放b球时 测量a球落点位置到o点的距离b a球与b球碰撞后 测量a球落点位置到o点的距离c 测量a球或b球的直径d 测量a球和b球的质量e 测量g