161《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》課件(新人教版選修3-5)

1、 第十六章第十六章 動量守恒定律動量守恒定律第一節(jié)第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量【知識目標(biāo)【知識目標(biāo)】 1、明確探究碰撞中的不變量的基本、明確探究碰撞中的不變量的基本思路思路 2、掌握同一條直線上運(yùn)動的兩個物、掌握同一條直線上運(yùn)動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法體碰撞前后的速度的測量方法 3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法【重點(diǎn)、難點(diǎn)【重點(diǎn)、難點(diǎn)】 1、碰撞中的不變量的探究；、碰撞中的不變量的探究； 2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 一碰撞一碰撞 碰撞是自然界最常見的現(xiàn)象碰撞是自然界最常見的現(xiàn)象碰撞是日常生活、生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象，碰撞是日常生

2、活、生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象，兩個物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化兩個物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化兩節(jié)火車車廂之間的掛鉤靠碰撞連接 微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態(tài)，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子態(tài)，甚至使得一種粒子轉(zhuǎn)化為其他粒子 1、一維碰撞、一維碰撞 我們只研究最簡單的情況我們只研究最簡單的情況兩個物兩個物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動，碰撞后仍沿同體碰撞前沿同一直線運(yùn)動，碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動一直線運(yùn)動 這種碰撞叫做一維碰撞這種碰撞叫做一維碰撞 如圖所示，如圖所示，A、B是懸掛起是懸掛起來的鋼球，把小球來的鋼球，把小球A拉起使其懸拉起使其懸線與豎直線夾一角度線與

3、豎直線夾一角度a，放開后，放開后A球運(yùn)動到最低點(diǎn)與球運(yùn)動到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰球發(fā)生碰撞，碰后撞，碰后B球擺幅為球擺幅為角角 如兩球的質(zhì)量如兩球的質(zhì)量mA=mB，碰后，碰后A球靜止，球靜止，B球擺球擺角角=，這說明，這說明A、B兩球碰后交換了速度；兩球碰后交換了速度； 如果如果mAmB，碰后，碰后A、B兩球一起向右擺動；兩球一起向右擺動； 如果如果mAmB，碰后，碰后A球反彈、球反彈、B球向右擺動球向右擺動 以上現(xiàn)象說明以上現(xiàn)象說明A、B兩球碰撞后，速度發(fā)生了兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)變化，當(dāng)A、B兩球的質(zhì)量關(guān)系發(fā)生變化時，速度兩球的質(zhì)量關(guān)系發(fā)生變化時，速度變化的情況也不同變化的情況也不同

4、2追尋不變量追尋不變量 在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動有關(guān)在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度 設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰，碰撞前它們速度分別為撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度，碰撞后的速度分別為分別為v1、v2 規(guī)定某一速度方向?yàn)檎?guī)定某一速度方向?yàn)檎?碰撞前后速度的變化和物體的質(zhì)量碰撞前后速度的變化和物體的質(zhì)量m的關(guān)系，我們可以做如下猜測：的關(guān)系，我們可以做如下猜測：2222112112211221121212121222(1)vvvv(3)mmmm vm vm v m v(2)m vm vmv

5、m vm 碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動狀態(tài)，不是我們追尋的描述物體的運(yùn)動狀態(tài)，不是我們追尋的“不不變量變量” 必須在各種碰撞的情況下都不改變的必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量量，才是我們追尋的不變量 1實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動，碰兩個物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動撞之后還沿同一直線運(yùn)動; 2用天平測量物體的質(zhì)量；用天平測量物體的質(zhì)量； 3測量兩個物體在碰撞前后的速測量兩個物體在碰撞前后的速度度 速度的測量：可以充分利用所學(xué)的運(yùn)速度的測

6、量：可以充分利用所學(xué)的運(yùn)動學(xué)知識，如利用勻速運(yùn)動、平拋運(yùn)動，動學(xué)知識，如利用勻速運(yùn)動、平拋運(yùn)動，并借助于斜槽、氣墊導(dǎo)軌、打點(diǎn)計(jì)時器和并借助于斜槽、氣墊導(dǎo)軌、打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶等來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂刂茖?shí)驗(yàn)條件紙帶等來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂刂茖?shí)驗(yàn)條件 圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為定的寬度，設(shè)為L氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有光控開關(guān)，并與計(jì)時裝置相連，構(gòu)成光電計(jì)時裝光控開關(guān)，并與計(jì)時裝置相連，構(gòu)成光電計(jì)時裝置置 當(dāng)擋光板穿入時，將光擋住開始計(jì)時，穿過當(dāng)擋光板穿入時，將光擋住開始計(jì)時，穿過后不再擋光則停止計(jì)時，設(shè)記錄的時間為后

7、不再擋光則停止計(jì)時，設(shè)記錄的時間為t，則滑，則滑塊相當(dāng)于在塊相當(dāng)于在L的位移上運(yùn)動了時間的位移上運(yùn)動了時間t，所以滑塊勻，所以滑塊勻速運(yùn)動的速度速運(yùn)動的速度v=L/t參考案例參考案例一光電門測速原理一光電門測速原理參考案例二參考案例二一一擺球測速原理擺球測速原理 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 把兩個小球用線懸起來，一個小球靜止，拉起另一把兩個小球用線懸起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。個小球，放下時它們相碰。 可以測量小球被拉起的角度，從而算出落下時的度；可以測量小球被拉起的角度，從而算出落下時的度；測量被撞小球擺起的角度，從而算出被撞后的速度。測量被撞小球擺起的角度

8、，從而算出被撞后的速度。 也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量損失也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量損失。參考案例三一打點(diǎn)計(jì)時器測速原理參考案例三一打點(diǎn)計(jì)時器測速原理 將打點(diǎn)計(jì)時器固定在光滑桌面的一端，把將打點(diǎn)計(jì)時器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器，連在小車的后面。紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器，連在小車的后面。讓小車讓小車A運(yùn)動，小車運(yùn)動，小車B靜止。在兩小車的碰靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體（如上圖）。通過紙帶測出它們碰撞前后（如上圖）。通過紙帶測出它們碰

9、撞前后的速度。的速度。 兩個物體由靜止彈開也是一種碰撞情況參考案例四參考案例四一平拋測速原理一平拋測速原理 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌壓縮了的輕彈簧將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細(xì)線，觀察物體的運(yùn)動情況，通過測面上，燒斷細(xì)線，觀察物體的運(yùn)動情況，通過測量桌高和水平位移，可以算出拋出時的初速度。量桌高和水平位移，可以算出拋出時的初速度。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質(zhì)量質(zhì)量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=M1v

10、1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=M1v12+m2v22=v/m1212vvmm 1212v v mm 實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析(非彈性碰撞非彈性碰撞)4 44 44 44 49 90 03 36 6碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質(zhì)量質(zhì)量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm 1212v v mm 實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析(a-2)4 44 42 22 29 90 04 4. .5 59 9碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質(zhì)量質(zhì)量 m1=m2=m1=

11、m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm 1212v v mm 實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析(輕物體撞重物體輕物體撞重物體)2 22 24 44 46 60 0- -2 24 4碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質(zhì)量質(zhì)量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm 1212v v mm 實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析(原來靜止的物體之間相互作用原來靜止的物體之間相互作用)4 44 42 22 20 00 02 2- -4 4碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質(zhì)量質(zhì)量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm 1212v v mm 實(shí)驗(yàn)記錄及分析實(shí)驗(yàn)記錄及分析 (碰后兩物體連在一起碰后兩物體連在一起)4 44 42 22 29 90 06 66 6 基本思路基本思路(一維碰撞一維碰撞)與