高中物理选修3-5§16-1_实验、探究碰撞中的不变量LI

1、名人名言想像远比知识重要，知识有涯2而 想像能环抱整个世界。爱因斯坦这些看起来天壤之别的运动，遵从着条相同的科学规律动量守恒定律。§16.1实验：採究瞇中的不变量生活实例台球的碰撞两摆球的碰撞火车车厢之 间的挂钩靠 碰撞连接撞车打桩机打桩生活中的各种"钉钉子'生活中的各种碰撞现象该图片由不沉的馆远上传至SonicChat. co，国片版权归原刨者所有飞鸟撞飞机打网球生活中龄种碰撞现象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.问题起因大量事实表明,A、B两物体碰撞后，速度发生了变化，当改变A、B两物体的质量时,速度变化的情况也有所不同。那么

2、，碰撞前 后存在什么不变量呢？ 最简单的碰撞情形:A、B两物体碰撞前后沿同一条直线运 动，即_维碰撞°I探究目标I1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路;速度的测量方法;3、掌握实验数据处理的方法。|实验思路|1、建立模型：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，且方向同向为正，反向为负;2、用天平测量物体的质量;3、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度?I测速原理1 I光电门光电门测速：测出滑块经过光电门的时间匕则滑块匀速运动的速度为K二z/亡测速原理2单摆测速设摆绳长为L,测出摆角e 和B ,机械能守恒可得速度为v= V 2gL (1-c

3、as 0 )测速原理3ABCDE、+r u |1r lw打点计时器测速测出相邻计数点间 的距离/X,可得速度为y=ZX/Zt|测速原理4 |1=0t2= /tB 11 L1O 1O 20 30 40 50 &Or a 70 80 90 JOO 1 IO 120 130cm B1 ，rOIO 20 SO 40 50070 80 1OO 11O 120 130 cmA -fBABl»:i|O IO 20 30 40 SO 70 80 90 1OO 1 IO 120 I3OcmO IO 20 30 40 50 6070 80 90 1OO HO 120 I 30 cm频闪照片测速：

4、分析频闪照片中A、B滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为/t,可得 速度为vA=XA/lt斜槽末端切/向水平为防止碰撞中A球& 反弹*落点确定总I n叫、° M p n平抛测速:测出碰撞前后各球落点到0间的距 离X°p、X0M. X0N,各球空中运动时间均相同，设为 小，可得速度为V =XOP/2d t测速原理5平抛测速的其他方案A需测球的直径 M »l I0$ M P Nn讥n打m n)* R订)碰撞可能有很多情形1、两个质量相同的物体相碰撞，两个质 量相差悬殊的物体相碰撞。2、两个速度大小相同、方向相反的物体 相碰撞，一个运动物体与一个静止物体 相

5、碰撞。3、碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后分开，碰后也可能粘在一起不再分开寻找的不变量必须在各种碰撞 的悄况下都不改变。I实验猜想I碰撞前碰撞后质量叫fflgm1叫速度v2mvm, v1+m2v2ni! v,- +m2V2 -mv2mi vi2+nri2v22fDjVf 么打吆乜 2v/mV j /«1+冷/叫V /mt+v2，/mj实验分析碰撞前碰撞后质量叫=4w =4叫=4氓=4>=9v=0讥=6mv邮+哪=仙科+岗尹;=玛才+岗”=阳f +坯才=% 叫 + =X V： + =仙他碰撞前碰撞后.ffiim=2叫=4用m速度v=9v=0中4.5/=9mv玛叫+他耳=创+讹=玛

6、才+论才=玛if +论才=v/mX卩； + = 岗】论碰撞前碰撞后质量叫=2m=4叫=2他=4速度v=6v =0卩;=4邮+叱=用1W +时;=阳f +用”=阳f +哄才=v/m+=用1 叫碰撞前碰撞后叫=4m=2叫=4m=2速度v=0P： = -4mv邮+玛也=他斗+叫卩；=叫才+用”=玛才+輕卩=咖片1+ =用1 叫W V： += 用1论碰11前碰撞后质量珂=4m=2叫=4m=2速度v=9v=0v=6p：=6mv叫卩I +巾已=Vl + m2V2 =阴才+饋X =玛才+輕才=vhn用1 怏1+-仙 )V： =I实验结果I实验探究表明，A、B两物体碰撞前后的不变量为:112I课堂练习I1、如

7、图所示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞 中的不变量，已知光电门的宽度为L,两滑块质 量分别为ma和mB，开始时滑块A和B相向运动，经过 光电门的時间客自为丄冬和力如 碰撞后，滑块B 和A先后以和ZtJ经过右侧光电门，如果实 验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和 保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式 是m 4L/ zlt4-mBL/Z tB= mL/ A t ,+mBL/ Z tg9A一 B量刃则(1)1.4%I课堂练习I2、某同学利用如图所示的装置探究碰 下列说法正确的是()A.悬挂两球的细绳长度要适当，且等长由静止释放小球以便较准确地计算小 球碰前的速度C. 两小球必须都是钢性球，

8、且质量相同D. 两小球碰后可以粘合在一起共同运动(2)已知两球A和B的质量之比为2： 1,如图所示,开始时A 球从与竖直成45。角的位置静止释放，之后两球粘在一起向右 摆动，最大摆角为30。，如果本实验允许的最大误差是±4%, 试分析碰撞前后两球的质量与速度乘积之和是否保持不变？1.531mpgL课堂练习3、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的 实验:在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运 动.然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续 做匀速运动，他设计的具体装置如图所示.在小车A后连着纸 带，电磁打点计时器电源频率为50Hz,测得小车A的质量为 3

9、10g,小车B （包括橡皮泥）的质量为205g,计算可知，两小车 相互作用前质量与速度的乘积之和为0.620 kgWs；两小车 相互作用以后质量与速度的乘积之和为（）.618 kgm/s（保留三 位有效数字）。两结果不完全相等的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔及小车与木板间有摩擦。课堂练习dL4、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A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。 然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀 速运动，他设计的装置如图所示。在小车A后连着纸带，电磁 打点计时器电源频率为50Hz,长木板下垫着小木片用以平衡 摩擦力。（1）若已得

10、到打点纸带如图所示，并测得各计数点间 距标在图上，A为运动起始的第一点，则应选BC段来计算A的碰前速度，应选_BL段来计算A和B碰后的共同 速度（以上两格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。已测得小车A的质量mi=0. 40kg,小车B的质量1=0. 20kg,由以上测量结果可得碰前总动懺物Q_kgm/s,碰后总动量津 17薄木片I课堂练习II课堂练习I5、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量的物理量有（ABEF ）A、入射小球和被碰小球的质量B、C、D、入射小球和被碰小球的直径斜槽轨道的末端距地面的高度 入射球滚下到抛出时的高度差E、入射球末碰撞时飞出的水平距离F、入射球和被碰球碰

11、撞后飞出的水平距离所示，在“探究碰撞中的不变量”实验中，P为入射球A未与被碰球B碰撞时的落点，M为它与B球碰后的落点，N 为B球的落点，这个实验对小球质量Ma和Mb的要求是MaMb （填“” “二”或“V”）为了能用0P长度表示球A的初速度，0M和O'N长度分别表示球A和球B的末速度，则必须做到变量的表达式为,用图中标出的符号和测出的数据列出不。并讨论:三个落地点距0点的距离冰0P、加与实验所用的小球质量是否有关?斜槽末端点的切线水平，两球球心 碰前处于等高点，即发生对心正碰mAOP=mAOM+m BO WOP与小球的质量无关龙0M和ON与小球的质量有关7、在探究碰撞中的不变量的实验中

12、，(1)用游 标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径，测量结果如图(a)所示，该球直径为214 cm：(2)实验中小球的落点情况如(b)所示。入射球AI课堂练习I与被碰球B的质量比为mB=3? 2,则实验中碰 撞结束时刻两球动量大小之比Pa： PB= 1： 2 oO 3 MP Nfl1. 50dA40. 50*单位:cm42. S4 -00 M P NI课堂练习IIT J碰撞中的闪光照片研究8、A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰 撞（碰撞时间极短）。用闪光照相，闪光4次摄得的照片如 图所示。已知闪光的时间间隔为Zt,而闪光本身持续时间 极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0-80cm刻度范 且第一次闪光时，滑块A恰好通过x=55cm处，滑块B 恰好通过x=70cm处，试根据实验探究中得到的碰撞前后质 量和速度乘积之和保1）碰撞发生在何处？2）碰撞发生在第一次闪光后多少时间？Ini3）两滑块的质量之比等于多少？ur.J:判断下述问题：A=60cmJt；? t= J t/280加叫总30102030405060709.用如图所示的装置进行探究碰撞中的不变量的实验:(1)先测出滑块A和B的质量M和