講義 -探究碰撞中的不變量

1、龍文教育學科教師輔導講義教師：_ 學生：_ 時間:_年_月_日_段課 題探究碰撞中的不變量【學習目標】識記：明確探究碰撞中的不變量的基本思路理解：根據實驗要求，設計實驗，完成某種規(guī)律的探究方法。應用：根據實驗數據進行猜測、探究，發(fā)現規(guī)律的探究方法?！局攸c難點】重點：碰撞中的不變量的探究 難點：實驗數據的處理【自主檢測】碰撞是日常生活、生產活動中常見的一種現象，兩個物體發(fā)生碰撞后， 都發(fā)生變化。兩個物體的質量比例不同時，它們的 也不一樣。物理學中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義，本節(jié)通過實驗探究碰撞過程中的什么物理量保持不變（守恒）。我們只研究最簡單的情況兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰

2、撞后仍沿同一直線運動。這種碰撞叫做 。問題：1.在物體碰撞過程中，哪些物理量會對碰撞后物體的運動狀態(tài)有影響呢？2.要探究物體在碰撞中存在的不變量，你需要測量什么物理量？用什么方法怎么測量？3.按照你的測量方法畫出你的測量裝置圖：4.如圖某同學設計的探究碰撞中的不變量的實驗裝置，通過改變兩小車質量m1和m2，以及它們碰撞前的速度，得到一些數據，根據下圖表中的數據填充表中的空缺：（規(guī)定m1碰前速度方向為正，則跟它相反方向為負）實驗記錄及分析（表1）碰撞前碰撞后質量kgm1=4m2=4m1=4m2=4速度m/sv1=9v2=0=3=6mv3636mv2324180v/m2/32實驗記錄及分析（表2）

3、碰撞前碰撞后質量kgm1=4m2=2m1=4m2=2速度m/sv1=9v2=0=4.5=9mvmv2v/m實驗記錄及分析（表3）碰撞前碰撞后質量kgm1=2m2=4m1=2m2=4速度m/sv1=6v2=0= -2=4mvmv2v/m實驗記錄及分析（表4）碰撞前碰撞后質量kgm1=4m2=2m1=4m2=2速度m/sv1=0v2=0= 2= - 4mvmv2v/m實驗記錄及分析（表5）碰撞前碰撞后質量kgm1=4m2=2m1=4m2=2速度m/sv1=9v2=0=6= 6mvmv2v/m從以上5個表格中的數據分析，你可以得到什么結論？【知識點撥】一，測量物體的速度的方法（1）光電門測速原理 如

4、圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設為L，氣墊導軌上黃色框架上安裝有光控開關，并與計時裝置相連，構成光電計時裝置。 當擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過后不再擋光則停止計時，設記錄的時間為t，則滑塊相當于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=L/t。（2）擺球測速原理把兩個小球用線懸掛起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。如圖：可以測量小球被拉起的角度，從而算出落下時的速度；測量被撞小球擺起的角度，從而算出被碰后的速度。設擺線長為L，小球的半徑為r，質量為m，被拉起的角度為，落下時的速度為v，根據機械能守恒有：解得：同理可求出碰后各小球的速度

5、。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時的能量損失。注意：由于此實驗中角度的測量有困難，適于定性研究。（3）打點計時器實驗探究法將打點計時器固定在光滑導軌的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面。讓滑塊A靜止，滑塊B運動。在兩滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個滑塊連接成一體。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。（4）利用平拋運動的裝置實驗探究法如圖所示，讓一個質量較大(為m1)的小球A從斜槽上某高度處滾下來，與放在斜槽末端支柱上的體積相同、質量較小(為m2)的小球B發(fā)生正碰。兩小球的質量可用天平直接測量。但小球碰撞前后的速度不便于直接測量，如果利用平拋運動的規(guī)律通過測

6、量水平位移進行等效代換，問題就變得簡單多了。因在相同高度處，物體做平拋運動的水平飛行距離與其初速度成正比，兩小球在碰撞后及A球碰前均做下落高度相同的平拋運動，在落地前運動時間相等，因此用飛行時間作時間單位，則它們飛行的水平距離OP、OM、ON就在數值上等于它們各自做平拋運動的水平初速度v1、v1、v2，從而實現v1、v1、v2和OP、OM、ON的等量代換?！窘浀潴w驗】例1、某同學設計了一個用打點計時器做探究碰撞中的不變量的實驗，在小車A的前端粘有橡皮泥，設法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速運動，設計圖如圖所示：在小車A的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻率

7、為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。 （1）若已得到打點紙帶如圖所示，并測得各計數點間的距離在圖上標出。A為運動起始的點，則應選_段來計算A碰前的速度，應選_段來計算A和B碰后的共同速度。 （2）已測得小車A的質量mA=0.4kg，小車B的質量mB=0.20kg，則由以上結果可得出什么結論： 。 答案：（1）BC，DE（2）在實驗誤差允許的范圍內，在物體的碰撞過程中，碰撞前后兩個物體各自的質量和速度的乘積之和是不變量，即m1v1+m2v2=m1v1+m2v2解析：（1）因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B粘合在一起，其共同速度比A原來的速度小。所以應選點跡分布均勻且點距

8、較大的BC段計算A的碰前速度，點間距小的DE段計算A和B碰后的共同速度。 （2）由圖可知，碰前A的速度和碰后AB的共同速度分別為 故碰撞前后：mAvA=0.40 ×1.05kg· m/s=0.42kg· m/s （mA+mB）vA=（0.40+0.20）×0.695kg·m/s=0.417kg·m/s可見，在實驗誤差允許的范圍內，在物體的碰撞過程中，碰撞前后兩個物體各自的質量和速度的乘積之和是不變量，即m1v1+m2v2=m1v1+m2v2【自主探究】1、某同學用圖1所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞中的不變量，圖中PQ

9、是斜槽，QR為水平槽。實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復這種操作10次。圖1中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。B球落點痕跡如圖2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊。（1）碰撞后B球的水平射程應取為_cm。（2）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：_(填選項號)。A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離

10、BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C測量A球或B球的直徑D測量A球和B球的質量（或兩球質量之比）E測量G點相對于水平槽面的高度?！菊n堂反饋】1.如圖所示為氣墊導軌上兩個滑塊A,B相互作用后運動過程的頻閃照片.頻閃的頻率為10 Hz.開始兩個滑塊靜止,它們之間有一根被壓縮的輕彈簧,滑塊用繩子連接,繩子燒斷后,兩個滑塊向相反方向運動.已知滑塊A,B的質量分別為200 g,300 g.根據照片記錄的信息.釋放彈簧,A,B離開彈簧后,A滑塊做_ _運動,其速度大小為_ _.本實驗得出“在實驗誤差范圍內，碰撞中mv的矢量和是守恒的量”這一結論的依據是 _ _ .2.如果兩輛車廂質量一樣，用繩子連接，其中一個車廂中有一人，并拉繩子使兩車廂相互靠近。根據什么可判斷哪個車廂內有人（繩子質量不計）（ ） A根據車廂的運動快慢，運動快的有人 B根據車廂的運動快慢，運動慢的有人 C根據繩子哪一頭拉力的大小，拉力大的一端車廂有人 D根據繩子哪一頭拉力的大小，拉力小的一端車廂有人。3.（