實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量.ppt

1 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量,【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1明確探究物體碰撞中的不變量的基本思路 2探究一維碰撞中的不變量 【探究思路】 1一維碰撞 兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動(dòng)，這種碰撞叫做一維碰撞,【實(shí)驗(yàn)原理】 兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng) 方案一 利用氣墊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)一維碰撞，實(shí)驗(yàn)裝置如圖16 - 1 - 1所示,圖16 - 1 - 1,圖16 - 1 - 2,(4)實(shí)驗(yàn)方法 用細(xì)線將彈簧片壓縮，放置于兩個(gè)滑塊之間，并使它們靜止，然后燒斷細(xì)線，彈簧片彈開(kāi)后落下，兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(dòng)(圖16 1 2甲) 在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架(圖16 1 2乙)可以得到能量損失很小的碰撞 在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)(圖16 1 2丙)，這樣可以得到能量損失很大的碰撞,方案二 利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大的小球?qū)崿F(xiàn)一維碰撞，實(shí)驗(yàn)裝置如圖16-1-3所示 (1)質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量質(zhì)量 (2)速度的測(cè)量：可以測(cè)量小球被拉起的角度，根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出小球碰撞前對(duì)應(yīng)的速度；測(cè)量碰撞后兩小球分別擺起的對(duì)應(yīng)角度，根據(jù)機(jī)械能守恒定律算出碰撞后對(duì)應(yīng)的兩小球的速度,圖16-1-3,(3)不同碰撞情況的實(shí)現(xiàn)：用貼膠布的方法增大兩小球碰撞時(shí)的能量損失,方案三 利用小車(chē)在光滑桌面上碰撞另一靜止小車(chē)實(shí)現(xiàn)一維碰撞，兩小車(chē)碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥實(shí)驗(yàn)裝置如圖16-1-4所示,圖16-1-4,【實(shí)驗(yàn)器材】 方案一 氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊兩個(gè)(帶擋光片)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥 方案二 帶細(xì)線的小球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等 方案三 光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(chē)(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥,【實(shí)驗(yàn)步驟】 不論采用哪種方案，實(shí)驗(yàn)過(guò)程均可按實(shí)驗(yàn)方案合理安排，參考步驟如下： 1用天平測(cè)量?jī)苫瑝K的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表中 2安裝實(shí)驗(yàn)裝置 3使物體發(fā)生碰撞,4測(cè)量或讀出碰撞前后相關(guān)的物理量，計(jì)算對(duì)應(yīng)的速度，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表中 5改變碰撞條件，重復(fù)步驟3、4. 6進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)分析比較，找出碰撞中的“不變量” 7整理器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)用的表格：,續(xù)表,【誤差分析】 1碰撞是否為一維碰撞，是產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞避免碰撞過(guò)程中兩物體偏離一條直線 2碰撞中是否受其他力(例如：摩擦力)的影響是帶來(lái)誤差的又一個(gè)重要原因，實(shí)驗(yàn)中要合理控制實(shí)驗(yàn)條件，盡量減小或避免除碰撞時(shí)相互作用力外的其他力影響物體速度 3測(cè)量及讀數(shù)的準(zhǔn)確性也是造成誤差的一個(gè)重要原因，實(shí)驗(yàn)中要規(guī)范讀數(shù)和測(cè)量，盡量減小誤差因素的影響,【注意事項(xiàng)】 1保證兩物體發(fā)生的是一維碰撞，即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這一直線運(yùn)動(dòng) 2若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 3若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi) 4碰撞有很多情形我們尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變，才符合要求.,紙帶研究碰撞問(wèn)題,【典例1】 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖1615甲所示在小車(chē)A后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力,圖16-1-5,(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖1615乙所示，并將測(cè)得的各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)則應(yīng)選_段計(jì)算A碰前的速度，應(yīng)選_段計(jì)算A和B碰后的共同速度(填“AB”或“BC”“CD”或“DE”) (2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車(chē)B的質(zhì)量mB0.20 kg，由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB_kgm/s. (3)通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？,解析 (1)小車(chē)A碰前做勻速直線運(yùn)動(dòng)，打出紙帶上的點(diǎn)應(yīng)該是間距均勻的，故計(jì)算小車(chē)碰前速度應(yīng)選BC段；CD段上所打的點(diǎn)由稀變密，可見(jiàn)在CD段A、B兩小車(chē)相互碰撞A、B碰撞后一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所打出的點(diǎn)也應(yīng)該是間距均勻的，故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后速度,碰前mAvAmBvB0.41.05 kgm/s0.420 kgm/s，碰后mAvAmBvB(mAmB)v0.60.695 kgm/s0.417 kgm/s. 答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)碰撞前后，兩小車(chē)質(zhì)量與速度乘積之和相等 借題發(fā)揮 解此類問(wèn)題關(guān)鍵是求小車(chē)的速度，而小車(chē)碰撞前后的速度求解方法是利用紙帶上勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程求解，為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，應(yīng)多測(cè)幾個(gè)間距來(lái)求速度,【變式1】 如圖1616(a)所示，在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實(shí)驗(yàn)小車(chē)，甲車(chē)固定一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，先啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器然后給甲車(chē)一個(gè)水平向右的瞬時(shí)力，甲車(chē)運(yùn)動(dòng)一段距離后，與靜止的乙車(chē)發(fā)生正碰并粘在一起運(yùn)動(dòng)，紙帶記錄下碰撞前甲車(chē)和碰撞后兩車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況如圖1616(b)所示，電源頻率為50 Hz，則碰撞前甲車(chē)速度大小為_(kāi)m/s，碰撞后的共同速度大小為_(kāi)m/s.,圖16-1-6,答案 0.6 0.4,氣墊導(dǎo)軌研究物體速度,【典例2】 為了研究碰撞，實(shí)驗(yàn)可以在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運(yùn)動(dòng)可以看成是勻速運(yùn)動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)的可靠性及準(zhǔn)確度得以提高在某次實(shí)驗(yàn)中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長(zhǎng)氣墊導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相機(jī)每隔0.4 s的時(shí)間拍攝一次照片，每次拍攝時(shí)閃光的延續(xù)時(shí)間很短，可以忽略，如圖1617所示，已知A、B之間的質(zhì)量關(guān)系是mB1.5mA，拍攝共進(jìn)行了4次，第一次是在兩滑塊相撞之前，以后的三次是在碰撞之后A原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時(shí)間內(nèi)是在10 cm至105 cm這段范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)(以滑塊上的箭頭位置為準(zhǔn))，試根據(jù)閃光照片求出：,(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少？ (2)根據(jù)閃光照片分析說(shuō)明兩滑塊碰撞前后各自的質(zhì)量與速度的乘積和是不是不變量？,圖16-1-7,(2)碰撞前：mAvAmBvB1.5mA，碰撞后：mAvAmBvB0.75mA0.75mA1.5mA，所以mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與速度的乘積之和是不變量 答案 見(jiàn)解析,圖16-1-8,(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài),【變式2】 如圖1618所示，在 實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板 C、D的氣墊導(dǎo)軌和有固 定擋板的質(zhì)量都是M的滑 塊A、B，做探究碰撞中 不變量的實(shí)驗(yàn)：,(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開(kāi)，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)