实验--探究碰撞中的不变量

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 的情况下都不改变。
实验分析
实验分析
实验分析
测速原理2
保证两绳 等长
θ
橡皮泥
β
单摆测速：设摆绳长为L，测出摆角θ 和β，机械能守恒可得速度为
测速原理3
橡皮泥
打点计时器测速：测出相邻计数点间 的距离⊿X，可得速度为 v =⊿X/⊿t
• • • • • •
用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥） 固定打点计时器，连好电路。 平衡摩擦力 做实验 改变质量，重做实验 数据记录与处理：
测速原理4
频闪照片测速：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 v =X /⊿t A A
测速原理5
斜槽末端切 向水平
为防止碰撞中A球 反弹，有mA＞mB
h
h
落点确定：
平抛测速：测出碰撞前后各球落点到O间的距 离XOP、XOM、XON，各球空中运动时间均相同，设为 ⊿t，可得速度为 v =X OP/⊿t
生活中的各种碰撞现象
探究目标 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路； 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞 前后的速度的测量方法； 3、掌握实验数据处理的方法。
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，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，即一维碰撞。
猜想：
碰撞前后速度V的变化和物体的质量 m的关系，可以做如下猜测：
m1v1 m2v2 m1v1 m2v2
m v m2 v m1v1 m2 v2
2 1 1 2 2 2 2
m1 m2 m1 m2 v1 v2 v1 v2
课堂练习
2、某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则（1） 下列说法正确的是( ) ABD A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 B．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，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450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300，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？ 1.531m√gL
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？
测速原理1
光电门
L
碰撞滑块
气垫导轨
光电门测速：测出滑块经过光电门的 时间t，则滑块匀速运动的速度为v=L/t
1.553m√gL
1.4%
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 310g，小车B(包括橡皮泥)的质量为205g，计算可知，两小车 0.620 相互作用前质量与速度的乘积之和为___ kg· m/s；两小车 0.618 相互作用以后质量与速度的乘积之和为______ kg· m/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
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⊿t，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 围内，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持不变的结论判断下述问题： 1)碰撞发生在何处？碰撞发生在x=60cm处； 2)碰撞发生在第一次闪光后多少时间？ t=⊿t/2 3)两滑块的质量之比等于多少？ m :m =2:3 A B
课堂练习
4、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______段来计算A和B碰后的共同 DE 速度(以上两格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。(2)已测得 小车A的质量m1=0.40kg，小车B的质量m2=0.20kg,由以上测量 0.417 结果可得碰前总动量为_____kg· m/s，碰后总动量为 0.420 ______kg· m/s
——碰撞中的闪光照片研究
课堂练习
9、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m及滑块与桌面的动摩擦 因数μ，查出当地的重力加速度g；（2）用细线将滑块A和B 连接，使A和B间的弹簧处于压缩状态，滑块B紧靠在桌边 缘；（3）剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地时的水平 位移为X1，滑块A沿桌面滑行的距离为X2。为探究碰撞中的 不变量，写出还需测量的物理量及表示它的字母______ 还需测出桌面离地高度h ___________________，如果碰撞前后两滑块的质量与速度 乘积之和相等，须满足的关系式是 ___________________________
：
课堂练习
1、如图所示，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 光电门的时间各自为⊿tA和⊿tB，碰撞后，滑块B 和A先后以⊿tB’和⊿tA’ 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________________________________________
课堂练习
5、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、入射小球和被碰小球的直径 C、斜槽轨道的末端距地面的高度 D、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、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离
课堂练习
6、如图所示，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 MA______MB（填“＞”“=”或“＜”）为了能用OP长度表示 球A的初速度，OM和O`N长度分别表示球A和球B的末速度，则 必须做到_______，用图中标出的符号和测出的数据列出不 变量的表达式为_______________。并讨论：三个落地点距O 点的距离OM、OP、ON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
天平、刻度尺、重垂线 注意：
1、斜槽末端的切线要水平；
2、从同一高度释放小球 ；
O M P N
3、实验中不需要测量时间，也不需要 测量桌面的高度； 4、能正确判断小球碰撞前后的落点(m1>m2);
5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；
测速原理5
平抛测速的其他方案
需测球的直径
碰撞可能有很多情形
＞
mAOP=mAOM+mBO’N
OP与小球的质量无关，OM和ON 与小球的质量有关
课堂练习
7、在《探究碰撞中的不变量》的实验中，(1)用游 标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径，测 2.14 量结果如图(a)所示，该球直径为________cm； (2)实验中小球的落点情况如图(b)所示。入射球A 与被碰球B的质量比为mA：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