16.1 探究碰撞中的不变量.ppt

[目标定位]　1.明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路.2.探究一维碰撞中的不变量.3.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后速度的测量方法． 一、一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后 ，这种碰撞叫做一维碰撞． 二、基本思路：追寻不变量 在一维碰撞的情况下，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值，相反取负值，依次研究以下关系是否成立： ①m1v1＋m2v2＝ ； ②m1v＋m2v＝ ； 三、需要考虑的主要问题：测量质量和速度 1．质量的测量： 用 测量 2．速度的测量：有下列三种方案． 方案1：利用气垫导轨结合光电门 实验装置如图16－1－1所示： 图16－1－1 (2)碰撞情景的实现 图16－1－2 ①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图16－1－2甲)． ②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞． ③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞． (3)器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等． 方案2：单摆结合机械能守恒定律 实验装置如图16－1－3所示： (1)速度的测量及计算：可以测量小球被拉起的 ，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应 ，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度． (2)碰撞情景的实现：用 的方法增大两小球碰撞时的能量损失． (3)器材：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等． 方案3：纸带结合打点计时器 实验装置如图16－1－4所示(在光滑长木板上) 图16－1－4 一、实验步骤 不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： 1．用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2. 2．安装实验装置． 3．使物体发生一维碰撞． 4．测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度． 5．改变碰撞条件，重复步骤3、4. 6．进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的“不变量”． 7．整理器材，结束实验． 二、数据处理： 　 将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况。 三、误差分析 1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞． (2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力． 2．偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量． 四、注意事项 1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． 2．方案提醒： (1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． (2)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内． (3)若利用长木板进行实验，可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力． 3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变． 典例分析 【例1】　某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图16－1－5所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成． 图16－1－5 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g； (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是：A._____________________， B．______