2023年高一物理碰撞教案.docx

2023年高一物理碰撞教案 碰 撞 一目的要求 1用对心碰撞特例检验动量守恒定律； 2了解动量守恒和动能守恒的条件； 3熟练地使用气垫导轨及数字毫秒计。 二原理 1验证动量守恒定律 动量守恒定律指出：若一个物体系所受合外力为零，则物体的总动量保持不变；若物体系所受合外力在某个方向的分量为零，则此物体系的总动量在该方向的分量守恒。 设在平直导轨上，两个滑块作对心碰撞，若忽略空气阻力，则在水平方向上就满足动量守恒定律成立的条件，即碰撞前后的总动量保持不变。 m1u1+m2u2=m1v1+m2v2 (6.1) 其中，u 1、u2和v 1、v2分别为滑块m 1、m2在碰撞前后的速度。若分别测出式(6.1)中各量，且等式左右两边相等，则动量守恒定律得以验证。 2碰撞后的动能损失 只要满足动量守恒定律成立的条件，不论弹性碰撞还是非弹性碰撞，总动量都将守恒。但对动能在碰撞过程中是否守恒，还将与碰撞的性质有关。碰撞的性质通常用恢复系数e表达： e=v2-v1 (6.2) u1-u2式(6.2)中，v2-v1为两物体碰撞后相互分离的相对速度，u1-u2则为碰撞前彼此接近的相对速度。 (1)若相互碰撞的物体为弹性材料，碰撞后物体的形变得以完全恢复，则物体系的总动能不变，碰撞后两物体的相对速度等于碰撞前两物体的相对速度，即v2-v1=u1-u2，于是e=1，这类碰撞称为完全弹性碰撞。 (2)若碰撞物体具有一定的塑性，碰撞后尚有部分形变残留，则物体系的总动能有所损耗，转变为其他形式的能量，碰撞后两物体的相对速度小于碰撞前的相对速度，即0<v2-v1<u1-u2于是，0<e<1，这类碰撞称为非弹性碰撞。 (3)碰撞后两物体的相对速度为零，即v2-v1=0或v2=v1ºv，两物体粘在一起以后以相同速度继续运动，此时e=0，物体系的总动能损失最大，这类碰撞称为完全非弹性碰撞，它是非弹性碰撞的一种特殊情况。 三类碰撞过程中总动量均守恒，但总动能却有不同情况。由式(6.1)和(6.2)可求碰撞后的动能损失 DEk=(1/2)m1m21-e2(u1-u2)/(m1+m2) 。对于完全弹性碰撞，因 2()e=1，故DEk=0，即无动能损失，或曰动能守恒。对于完全非弹性碰撞，因e=0，故： DEkºDEkM，即，动能损失最大。对于非完全弹性碰撞，因0<e<1，故动能损失介于二者之间，即：0<DEk<DEkM。 3.m1=m2ºm，且u2=0的特定条件下，两滑块的对心碰撞。 (1)对完全弹性碰撞，e=1，式(6.1)和(6.2)的解为 v1=0üý (6.3) v2=u1þ由式(6.3)可知，当两滑块质量相等，且第二滑块处于静止时，发生完全弹性碰撞的结果，使第一滑块静止下来，而第二滑块完全具有第一滑块碰撞前的速度，“接力式”地向前运动。若即动能亦守恒。 以上讨论是理想化的模型。若两滑块质量不严格相等、两挡光物的有效遮光宽度Ds1及式(6.3)得到验证，则说明完全弹性碰撞过程中动量守恒，且e=1，DEk=0， Ds2也不严格相等，则碰撞前后的动量百分差E1为： E1=动能百分差E2为: E2=P2-P1P1=m2Ds2Dt1-1 (6.4) m1Ds1Dt22m2Ds2Dt12=-1 (6.5) 22m1Ds1Dt2Ek2-Ek1Ek1若E1及E2在其实验误差范围之内，则说明上述结论成立。 (2)对于完全非弹性碰撞，式(6.1)和(6.2)的解为： v1=v2ºv=u 1 (6.6) 2若式(6.6)得证，则说明完全非弹性碰撞动量守恒，且e=0，其动能损失最大，约为50%。 ¢ºDs1¢。同样可求得其动考虑到完全非弹性碰撞时可采用同一挡光物遮光，即有：Ds2¢及E2¢分别为： 量和动能百分差E1¢æm2öt1P2¢-P¢1¢=÷=ç1+ E1çm÷t¢-1 (6.7) ¢P11ø2è¢2-Ek¢1æm2öæDt1'öEk¢= E2=çç1+m÷÷ççDt'÷÷-1 (6.8) ¢1Ek1øè2øè显然，其动能损失的百分误差则为： 2æm2öæDt1¢öç÷ç÷ ED=2ç1+÷ç÷-1 (6.9) ¢mDt1øè2øè¢及ED在其实验误差范围内，则说明上述结论成立。 若E1三仪器用品 气垫导轨及附件(包括滑块及挡光框各一对)，数字毫秒计、物理天平及游标卡尺等。 四实验内容 1用动态法调平导轨，使滑块在选定的运动方向上做匀速运动，以保证碰撞时合外力为零的条件(参阅附录)； 2用物理天平校验两滑块（连同挡光物）的质量m1及m2； 2¢； 3用游标卡尺测出两挡光物的有效遮光宽度Ds 1、Ds2及Ds1 4在m1»m2ºm的条件下，测完全弹性和完全非弹性碰撞前后两滑块各自通过光电¢、Dt2¢。 门一及二的时间Dt 1、Dt2及Dt1五注意事项 1严格按照气垫导轨操作规则(见附录)，维护气垫导轨； 2实验中应保证u2=0的条件，为此，在第一滑块未到达之前，先用手轻扶滑块（2），待滑块（1）即将与（2）碰撞之前再放手，且放手时不应给滑块以初始速度； 3给滑块（1）速度时要平稳，不应使滑块产生摆动；挡光框平面应与滑块运动方向一致，且其遮光边缘应与滑块运动方向垂直； 4严格遵守物理天平的操作规则； 5挡光框与滑块之间应固定牢固，防止碰撞时相对位置改变，影响测量精度。 六考查题 1动量守恒定律成立的条件是什么？实验操作中应如何保证之？ 2完全非弹性碰撞中，要求碰撞前后选用同一挡光框遮光有什么好处？实验操作中如何实现？ 3既然导轨已调平，为什么实验操作中还要用手扶住滑块(2)？手扶滑块时应注意什么？ 4滑块(2)距光电门(2)近些好还是远些好？两光电门间近些好还是远些好？为什么？ 高一物理碰撞教案 高一物理动量教案 高一物理3.1教案 高一物理绪论教案 高一物理重力教案 高一物理教案 高一物理功教案 高一物理功教案 高一物理2.2教案 高一物理教案97