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文檔簡介
1、第一章碰撞與動量守恒1碰撞 一、碰撞現(xiàn)象一、碰撞現(xiàn)象1.1.碰撞碰撞: :做相對運動的兩個做相對運動的兩個( (或幾個或幾個) )物體相遇而發(fā)生物體相遇而發(fā)生_,_,在很短的時間內(nèi)在很短的時間內(nèi), ,它們的它們的_會發(fā)生會發(fā)生顯著變化的過程。顯著變化的過程。2.2.實例實例: :擊球、子彈中靶、重物墜地等。擊球、子彈中靶、重物墜地等。相互作用相互作用運動狀態(tài)運動狀態(tài)二、探究碰撞前后物體動能的變化二、探究碰撞前后物體動能的變化1.1.實驗裝置實驗裝置:_,:_,數(shù)字計時器數(shù)字計時器, ,導軌上附有滑片導軌上附有滑片和和_、滑塊上裝有、滑塊上裝有_和和彈簧片。彈簧片。氣墊導軌氣墊導軌光電門光電門擋
2、光條擋光條2.2.探究過程探究過程: :(1)(1)先用先用_分別測出帶彈簧片的滑塊分別測出帶彈簧片的滑塊1 1、滑塊、滑塊2 2的質的質量量m m1 1、m m2 2, ,然后用手推動滑塊然后用手推動滑塊1 1使其獲得初速度使其獲得初速度v v1 1, ,與靜與靜止的滑塊止的滑塊2 2相碰相碰( (相碰時相碰時, ,兩彈簧片要兩彈簧片要_),_),測定碰撞測定碰撞前、后兩滑塊的前、后兩滑塊的_,_,算算出相關數(shù)據(jù)出相關數(shù)據(jù), ,填入表中。填入表中。天平天平正對正對速度大小速度大小(2)(2)再換用不帶彈簧片的兩滑塊按照上面的步驟進行實再換用不帶彈簧片的兩滑塊按照上面的步驟進行實驗驗, ,并讀
3、取實驗數(shù)據(jù)并讀取實驗數(shù)據(jù), ,填入表中。填入表中。(3)(3)將滑塊上的彈簧片換成將滑塊上的彈簧片換成_,_,用用_分別測出分別測出滑塊滑塊1 1、滑塊、滑塊2 2的質量的質量; ;使有橡皮泥的兩端使有橡皮泥的兩端_,_,讓滑塊讓滑塊1 1與滑塊與滑塊2 2相碰相碰, ,測算出相關數(shù)據(jù)測算出相關數(shù)據(jù), ,并填入表中。并填入表中。橡皮泥橡皮泥天平天平正對正對碰撞前、后動能的計算碰撞前、后動能的計算三、碰撞的分類三、碰撞的分類(1)(1)彈性碰撞彈性碰撞: :碰撞前后的總動能碰撞前后的總動能_的碰撞。的碰撞。(2)(2)非彈性碰撞非彈性碰撞: :碰撞后的總動能碰撞后的總動能_的碰撞。的碰撞。(3)
4、(3)完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞: :兩物體碰撞后粘在一起兩物體碰撞后粘在一起, ,以相同的以相同的_運動的碰撞。運動的碰撞。不變不變減少減少速度速度知識點一、探究碰撞中的不變量和動能變化知識點一、探究碰撞中的不變量和動能變化思考探究思考探究: :1.1.利用氣墊導軌進行實驗時利用氣墊導軌進行實驗時, ,應注意什么問題應注意什么問題? ?2.2.如何計算滑塊通過光電門的速度。如何計算滑塊通過光電門的速度?!練w納總結歸納總結】1.1.實驗原理實驗原理: :(1)(1)一維碰撞一維碰撞: :兩個物體碰撞前沿同一直線運動兩個物體碰撞前沿同一直線運動, ,碰撞后仍沿同一直線碰撞后仍沿同一直線運動的碰
5、撞。運動的碰撞。(2)(2)探究碰撞中的不變量和動能變化探究碰撞中的不變量和動能變化: :在一維碰撞的情況下在一維碰撞的情況下, ,設兩個物體的質量分別為設兩個物體的質量分別為m m1 1、m m2 2, ,碰撞前的速度分別為碰撞前的速度分別為v v1 1、v v2 2, ,如果速度的方向與我們規(guī)如果速度的方向與我們規(guī)定的方向一致取正值定的方向一致取正值, ,相反取負值相反取負值, ,依次探究以下關系依次探究以下關系是否成立是否成立: :m m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2=m=m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2m m1 1 +m+m2 2 =m=m1 1v v1 1
6、2 2+m+m2 2v v2 22 222v21v121122122222k11221122vvv mv mmm1111Em vm vm vm v2222 (3)(3)實驗方案設計實驗方案設計: :方案一方案一: :用氣墊導軌完成兩個滑塊的一維碰撞用氣墊導軌完成兩個滑塊的一維碰撞實驗裝置如圖所示。不同的質量可以通過在滑塊上加實驗裝置如圖所示。不同的質量可以通過在滑塊上加重物的辦法實現(xiàn)。重物的辦法實現(xiàn)。質量的測量質量的測量: :用天平測量。用天平測量。速度的測量速度的測量:v= ,:v= ,式中的式中的xx為滑塊上擋光板的寬為滑塊上擋光板的寬度度,t,t為數(shù)字計時顯示器顯示的滑塊擋板經(jīng)過光電門為
7、數(shù)字計時顯示器顯示的滑塊擋板經(jīng)過光電門的時間。的時間。各種碰撞情景各種碰撞情景: :滑塊上裝彈性片、貼膠布或橡皮泥等滑塊上裝彈性片、貼膠布或橡皮泥等, ,達到碰撞后彈開或粘在一起的效果。達到碰撞后彈開或粘在一起的效果。xta.a.在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架在兩滑塊相碰的端面裝上彈性碰撞架( (如圖甲如圖甲),),可以可以得到能量損失很小的碰撞得到能量損失很小的碰撞; ;b.b.在滑塊的碰撞端貼膠布在滑塊的碰撞端貼膠布, ,可以增大碰撞時的能量損失可以增大碰撞時的能量損失; ;c.c.在兩個滑塊的碰撞端分別裝撞針和橡皮泥在兩個滑塊的碰撞端分別裝撞針和橡皮泥, ,碰撞時撞碰撞時撞針插入橡皮泥
8、中針插入橡皮泥中, ,把兩個滑塊連接成一體運動把兩個滑塊連接成一體運動( (圖乙圖乙),),這樣的碰撞中能量損失很大。這樣的碰撞中能量損失很大。方案二方案二: :利用小車在光滑桌面碰撞另一個靜止的小車實利用小車在光滑桌面碰撞另一個靜止的小車實現(xiàn)一維碰撞情況現(xiàn)一維碰撞情況靜止的小車上裝上橡皮泥靜止的小車上裝上橡皮泥, ,運動的小車上裝上撞針運動的小車上裝上撞針, ,讓讓它們碰撞后粘在一起。它們碰撞后粘在一起。質量的測量質量的測量: :用天平測量。用天平測量。利用打點計時器記錄小車碰撞前后的運動情況利用打點計時器記錄小車碰撞前后的運動情況, ,根據(jù)根據(jù)紙帶上的點跡求速度。紙帶上的點跡求速度。2.2
9、.實驗過程實驗過程: :(1)(1)用天平測量相關碰撞物體的質量用天平測量相關碰撞物體的質量m m1 1、m m2 2, ,填入預先填入預先設計好的表格中。設計好的表格中。(2)(2)安裝實驗裝置。安裝實驗裝置。(3)(3)使物體發(fā)生碰撞。使物體發(fā)生碰撞。(4)(4)測量或讀出碰撞前后相關的物理量測量或讀出碰撞前后相關的物理量, ,計算對應的速計算對應的速度度, ,填入預先設計好的表格中。填入預先設計好的表格中。(5)(5)改變碰撞條件改變碰撞條件, ,重復步驟重復步驟(3)(3)、(4)(4)。(6)(6)進行數(shù)據(jù)處理進行數(shù)據(jù)處理, ,通過分析比較通過分析比較, ,得出碰撞中的得出碰撞中的“
10、不變不變量量”和動能變化量。和動能變化量。(7)(7)整理器材整理器材, ,結束實驗。結束實驗。實驗中記錄數(shù)據(jù)用的表格實驗中記錄數(shù)據(jù)用的表格: :碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后質量質量m/kgm/kgm m1 1m m2 2m m1 1m m2 2速度速度v/(mv/(ms s-1-1) )v v1 1v v2 2vv1 1vv2 2mv/(kgmv/(kgm ms s-1-1) )m m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2m m1 1vv1 1+m+m2 2vv2 2碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后mvmv2 2/(kg/(kgm m2 2s s-2-2) ) /(m /(ms s-1-1kgkg
11、-1-1) )其他可能的猜想其他可能的猜想實驗得出的結論實驗得出的結論vm221122m vm v221122m vm v 1212vvmm1212vvmm【誤差分析誤差分析】1.1.系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差: :(1)(1)碰撞是否為一維碰撞碰撞是否為一維碰撞, ,設計實驗方案時應保證碰撞設計實驗方案時應保證碰撞為一維碰撞。為一維碰撞。(2)(2)碰撞中其他力碰撞中其他力( (例如例如, ,摩擦力、空氣阻力等摩擦力、空氣阻力等) )的影響的影響帶來的誤差。實驗中要合理控制實驗條件帶來的誤差。實驗中要合理控制實驗條件, ,避免除碰撞避免除碰撞時相互作用力外的其他力影響物體速度。時相互作用力外的其他力影
12、響物體速度。2.2.偶然誤差偶然誤差: :測量和讀數(shù)的準確性帶來的誤差測量和讀數(shù)的準確性帶來的誤差, ,實驗中實驗中應規(guī)范測量和讀數(shù)應規(guī)范測量和讀數(shù), ,同時增加測量次數(shù)同時增加測量次數(shù), ,取平均值取平均值, ,盡量盡量減小偶然誤差的影響。減小偶然誤差的影響?!咀⒁馐马椬⒁馐马棥?.1.前提條件前提條件: :應保證碰撞的兩物體發(fā)生的是一維碰撞應保證碰撞的兩物體發(fā)生的是一維碰撞, ,即兩個物體碰撞前沿同一直線運動即兩個物體碰撞前沿同一直線運動, ,碰撞后仍沿同一直碰撞后仍沿同一直線運動。線運動。2.2.方案提醒方案提醒: :(1)(1)若利用氣墊導軌進行實驗若利用氣墊導軌進行實驗, ,調(diào)整氣墊
13、導軌時調(diào)整氣墊導軌時, ,注意利注意利用水平儀確保導軌水平。用水平儀確保導軌水平。(2)(2)若利用擺球進行實驗若利用擺球進行實驗, ,兩小球靜放時球心應在同一兩小球靜放時球心應在同一水平線上水平線上, ,且剛好接觸且剛好接觸, ,擺線豎直擺線豎直, ,將小球拉起后將小球拉起后, ,兩條兩條擺線應在同一豎直平面內(nèi)。擺線應在同一豎直平面內(nèi)。3.3.探究結論探究結論: :尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變改變, ,才符合要求。才符合要求?!镜淅骄康淅骄俊俊镜淅淅磕惩瑢W運用以下實驗器材某同學運用以下實驗器材, ,設計了一個碰撞實設計了一個碰撞實驗來尋
14、找碰撞前后的不變量驗來尋找碰撞前后的不變量: :打點計時器、低壓交流電打點計時器、低壓交流電源源( (頻率為頻率為50Hz)50Hz)、紙帶、表面光滑的長木板、帶撞針、紙帶、表面光滑的長木板、帶撞針的小車的小車A A、帶橡皮泥的小車、帶橡皮泥的小車B B、天平。、天平。該同學設計的實驗步驟如下該同學設計的實驗步驟如下: :A.A.用天平測出小車用天平測出小車A A的質量為的質量為m mA A=0.4kg,=0.4kg,小車小車B B的質量為的質量為m mB B=0.2kg=0.2kgB.B.更換紙帶重復操作三次更換紙帶重復操作三次C.C.小車小車A A靠近打點計時器放置靠近打點計時器放置, ,
15、在車后固定紙帶在車后固定紙帶, ,把小車把小車B B放在長木板中間放在長木板中間D.D.把長木板平放在桌面上把長木板平放在桌面上, ,在一端固定打點計時器在一端固定打點計時器, ,連連接電源接電源E.E.接通電源接通電源, ,并給小車并給小車A A一定的初速度一定的初速度v vA A(1)(1)請將以上步驟按操作的先后順序排列出來請將以上步驟按操作的先后順序排列出來_。(2)(2)打點計時器打下的紙帶中打點計時器打下的紙帶中, ,比較理想的一條如圖所比較理想的一條如圖所示示, ,根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后A A車車B B車車ABAB整體整體質量質量/k
16、g/kg速度速度/(m/(ms s-1-1) ) /(m /(ms s-1-1kgkg-1-1) )mv/(kgmv/(kgm ms s-1-1) )mvmv2 2/(kg/(kgm m2 2s s-2-2) )vm(3)(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)猜想碰撞前后不變量的表達式為根據(jù)以上數(shù)據(jù)猜想碰撞前后不變量的表達式為_?!菊_解答正確解答】(1)(1)按照先安裝按照先安裝, ,后實驗后實驗, ,最后重復的順序最后重復的順序, ,該同學正確的實驗步驟為該同學正確的實驗步驟為ADCEBADCEB。(2)(2)碰撞前后均為勻速直線運動碰撞前后均為勻速直線運動, ,由紙帶上的點跡分布由紙帶上的點跡分布求出速度。
17、碰后小車求出速度。碰后小車A A、B B合為一體合為一體, ,求出求出ABAB整體的共同整體的共同速度。注意打點計時器的頻率為速度。注意打點計時器的頻率為50Hz,50Hz,打點時間間隔為打點時間間隔為0.02 s,0.02 s,通過計算得下表。通過計算得下表。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后A A車車B B車車ABAB整體整體質量質量/kg/kg0.40.40.20.20.60.6速度速度/(m/(ms s-1-1) )3.03.00 02.02.0/(m/(ms s-1-1kgkg-1-1) )7.57.50 03.33.3mv/(kgmv/(kgm ms s-1-1) )1.21.20 01.2
18、1.2mvmv2 2/(kg/(kgm m2 2s s-2-2) )3.63.60 02.42.4vm(3)(3)由表中數(shù)值可看出由表中數(shù)值可看出mvmv一行中數(shù)值相同一行中數(shù)值相同, ,可猜想碰撞可猜想碰撞前后不變量的表達式為前后不變量的表達式為m mA Av vA A+m+mB Bv vB B=(m=(mA A+m+mB B)v)v。答案答案: :(1)ADCEB(1)ADCEB(2)(2)見正確解答見正確解答(3)m(3)mA Av vA A+m+mB Bv vB B=(m=(mA A+m+mB B)v)v【過關訓練過關訓練】用天平、氣墊導軌用天平、氣墊導軌( (帶光電計時器和兩個滑塊帶
19、光電計時器和兩個滑塊) )探究物探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量體間發(fā)生相互作用時的不變量, ,本實驗可用自動照相機本實驗可用自動照相機代替打點計時器代替打點計時器( (閃光頻率為閃光頻率為10Hz),10Hz),步驟方法如下步驟方法如下: :(1)(1)用天平稱出兩滑塊的質量用天平稱出兩滑塊的質量m mA A=0.10kg,m=0.10kg,mB B=0.20kg,=0.20kg,放放在水平的氣墊上在水平的氣墊上( (導軌上標尺的最小分度為導軌上標尺的最小分度為1cm,1cm,滑塊可滑塊可看作質點看作質點) )。(2)(2)碰撞前后連續(xù)三次閃光拍照得到圖中碰撞前后連續(xù)三次閃光拍照得到圖中a
20、a、b b、c c所示所示的照片。的照片。請你根據(jù)圖示數(shù)據(jù)探究物體間發(fā)生相互作用時的不變請你根據(jù)圖示數(shù)據(jù)探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量。量?!窘馕鼋馕觥坑深}圖由題圖a a、b b可確定可確定A A的速度為的速度為 =0.6m/s=0.6m/s則則m mA Av vA A=0.1=0.10.6kg0.6kgm/s=6m/s=61010-2-2kgkgm/sm/s從題圖從題圖b b、c c看出滑塊看出滑塊A A與與B B靠近到發(fā)生碰撞需靠近到發(fā)生碰撞需t t2 2= s=2.5= s=2.51010-2-2s s2A7.0 1.010vm/s0.121.5 100.6所以所以A A與與B B碰后
21、回到碰后回到7.0cm7.0cm位置位置, ,歷時歷時t t2 2=(0.1-2.5=(0.1-2.51010-2-2)s=7.5)s=7.51010-2-2s s因此因此, ,求出求出v vA A= m/s=-0.2m/s= m/s=-0.2m/sv vB B= m/s=0.4m/s= m/s=0.4m/s227.08.5107.5 102211.58.5107.5 10所以碰撞后所以碰撞后: :m mA Av vA A+m+mB Bv vB B=6=61010-2-2kgkgm/sm/s由以上計算可得由以上計算可得: :m mA Av vA A+m+mB Bv vB B=m=mA Av v
22、A A+m+mB Bv vB B答案答案: :m mA Av vA A+m+mB Bv vB B=m=mA Av vA A+m+mB Bv vB B【補償訓練補償訓練】( (多選多選) )用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量時用如圖所示的裝置探究碰撞中的不變量時, ,必須必須注意的事項是注意的事項是( () )A.AA.A到達最低點時到達最低點時, ,兩球的球心連線可以不水平兩球的球心連線可以不水平B.AB.A到達最低點時到達最低點時, ,兩球的球心連線要水平兩球的球心連線要水平C.C.多次測量減小誤差時多次測量減小誤差時,A,A球必須從同一高度下落球必須從同一高度下落D.D.多次測量減小誤差時
23、多次測量減小誤差時,A,A球必須從不同高度下落球必須從不同高度下落【解析解析】選選B B、C C。本題考查了探究碰撞過程中的不變。本題考查了探究碰撞過程中的不變量量, ,意在考查學生的理解能力。要保證一維對心碰撞意在考查學生的理解能力。要保證一維對心碰撞, ,必須在碰撞時球心在同一高度必須在碰撞時球心在同一高度; ;多次測量求平均值多次測量求平均值, ,必必須保證過程的重復性須保證過程的重復性,A,A球必須從同一高度下落。故選球必須從同一高度下落。故選項項B B、C C正確正確,A,A、D D錯誤。錯誤。知識點二、碰撞的分類知識點二、碰撞的分類思考探究思考探究: :根據(jù)上述實驗中系統(tǒng)動能的變化
24、情況請思考根據(jù)上述實驗中系統(tǒng)動能的變化情況請思考: :(1)(1)碰撞可分為哪幾種情況碰撞可分為哪幾種情況? ?(2)(2)不同碰撞中動能變化情況有什么不同不同碰撞中動能變化情況有什么不同? ?【歸納總結歸納總結】碰撞過程的特點碰撞過程的特點: :(1)(1)時間特點時間特點: :碰撞現(xiàn)象中碰撞現(xiàn)象中, ,相互作用的時間極短相互作用的時間極短, ,相對相對物體的全過程可忽略不計。物體的全過程可忽略不計。(2)(2)運動特點運動特點: :在碰撞過程中在碰撞過程中, ,系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力, ,各物體的運動狀態(tài)發(fā)生顯著變化。各物體的運動狀態(tài)發(fā)生顯著變化。(3)(3)位移特點位移特點: :在碰撞過程中在碰撞過程中, ,由于在極短的時間內(nèi)物體由于在極短的時間內(nèi)物體的速度發(fā)生突變的速度發(fā)生突變, ,物體發(fā)生的位移極小物體發(fā)生的位移極小, ,可認為碰撞前可認為碰撞前后物體處于同一位置。后物體處于同一位置。(4)(4)能量的特點能量的特點: :彈性碰撞前后系統(tǒng)動能不變彈
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