牛顿摇篮演示及制作.docVIP

1.1拓展实验　牛顿摇篮的演示及制作 【课标要求】 1．了解牛顿摇篮结构和工作原理，学会使用2．会用器材制作牛顿摇篮【实验设计】 牛顿摇篮又名牛顿摆，它是由若干个悬挂在框架上的小球组成，小球之间要无缝隙，刚好接触。由于牛顿摇篮演示的各种碰撞现象，源于牛顿力学的基本原理（动量守恒、动能定理等），又因牛顿摇篮小球碰撞后摆动的样子很像婴儿的摇篮在摆动，所以大家把这个实验道具起了一个有趣的名字叫牛顿摇篮。牛顿摆是一个1960年代发明的桌面演示装置，五个质量相同的球体由吊绳固定，彼此紧密排列。牛顿摆是由法国物理学家伊丹·马略特（Edme Mariotte）最早于1676年提出的。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最左边的球将被弹出，并仅有最左边的球被弹出。 五个球，如果拿起左边一个，击打后，右边起来一个，然后进入循环。这好像很容易用弹性碰撞传递来解释。 可是左边拿起两个球，为什么右边跟着起来两个呢？三个球，中间那个会跟左右两边摆来摆去，这都是为什么呢？ 这个问题是这样考虑的：首先基本假定是发生完全弹性碰撞且碰撞是在一瞬间发生即速度交换是一瞬间完成的，那么拿起右边两球时，设两球下落到最低点未碰撞时速度均为v，当靠左的球与中间球碰时，最右的球还具有速度v，它还没发生碰撞；而此后中间球具有速度v，而右边数来第二个球速度降为零，此时最右边的球就将速度v传递给它，所以这样一来就是右边第二球与中间球具备速度v；依此类推，最终造成左边两球均弹起的情况。直观理解就是速度v在球之间传来传去，三个球情况也类似。这一过程的关键所在就是碰撞的先后，要认识到之所以有碰撞，就是因为两球具备不同的相对速度，那么一开始不管落下几个球，最先发生碰撞的必定是最靠近静止球的那个，碰后它自身成为静止，又导致离它最近的下落球与之相碰，最终造成速度传递。【实验器材】 用于碰撞的几个小球、底座、两个平行的杆架、吊着小球的绳子。 【自主探究】 将木质框架搭好。 将螺丝拧在已经划好位置的木质框架顶端。 分别将已经粘好线的小球逐一栓在螺丝上。 旋转螺丝，调整小球高度在同一水平。 拿起一只小球让其自由落下，观察现象；拿起两只小球自由落下，观察现象。【】 拿起一只小球让其自由落下，观察现象 2. 拿起只小球让其自由落下，观察现象 3. 拿起只小球让其自由落下，观察现象 拿起只小球让其自由落下，观察现象【】【要点导悟】小球的高低要相同，而且小球与小球中间不能有空隙，5个小球要在一条直线上 【检测评估】牛顿摆是由法国物理学家伊丹·马略特（Edme Mariotte）最早于1676年提出的。 年 月 日 同组实验者