161--实验：探究碰撞中的不变量课件(1).ppt

第十六章第十六章 动量守恒定律动量守恒定律1 实验：探究碰撞中的不变量实验：探究碰撞中的不变量 微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子甚至使得一种粒子转化为其他粒子 碰撞是日常生活、生产活动中常碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化速度都发生变化 两个物体的质量比例不同时，它两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样们的速度变化也不一样 物理学中研究运动过程中的守恒物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变不变(守恒守恒)1、一维碰撞、一维碰撞 我们只研究最简单的情况我们只研究最简单的情况两两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动后仍沿同一直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞这种碰撞叫做一维碰撞如图所示，如图所示，A、B是是悬挂起来的钢球，悬挂起来的钢球，把小球把小球A拉起使其悬拉起使其悬线与竖直线夹一角线与竖直线夹一角度度a，放开后放开后A球运球运动到最低点与动到最低点与B球发球发生碰撞，碰后生碰撞，碰后B球摆球摆幅为幅为角角 如果如果mA=mB,碰后碰后A球静止球静止,B球摆角球摆角=,这说明这说明A、B两球碰后交换了速度两球碰后交换了速度.如果如果mAmB，碰后，碰后A、B两球一起向右摆动两球一起向右摆动.如果如果mAmB，碰后，碰后A球反弹、球反弹、B球向右摆动球向右摆动 以上现象说明以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发两球碰撞后，速度发生了变化，当生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同时，速度变化的情况也不同2追寻不变量追寻不变量 在一维碰撞的情况下与物体运动有在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度关的量只有物体的质量和物体的速度 设两个物体的质量分别为设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后碰撞后的速度分别为的速度分别为v1、v2 规定某一速度方向为正规定某一速度方向为正 碰撞前后速度的变化和物体的质量碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：的关系，我们可以做如下猜测：碰撞前后物体质量不变，但质量并不碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不不变量变量”必须在各种碰撞的情况下都不改变的必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量量，才是我们追寻的不变量1实验必须保证碰撞是一维的，即两个物实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动还沿同一直线运动;2用天平测量物体的质量；用天平测量物体的质量；3测量两个物体在碰撞前后的速度测量两个物体在碰撞前后的速度速度的测量：可以充分利用所学的运动学速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件等来达到实验目的和控制实验条件 图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为有一定的宽度，设为L气垫导轨上黄色框气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置构成光电计时装置 当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为为t，则滑块相当于在则滑块相当于在L的位移上运动了时间的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度所以滑块匀速运动的速度v=L/t碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=M1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=M1v12+m2v22=v/m实验记录及分析实验记录及分析(a-1)碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m实验记录及分析实验记录及分析(a-2)碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m实验记录及分析实验记录及分析(a-3)实验装置如图所示实验装置如图所示:把两个小球用线悬起来，一个把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。球碰撞时的能量损失。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m实验记录及分析实验记录及分析(b)将打点计时器固定在光滑桌面的一端，将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车让小车A运动，小车运动，小车B静止。在两小车的碰静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体入橡皮泥中，把两个小车连接成一体(如上如上图图)。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m1=m2=m1=m2=速度速度 V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m实验记录及分析实验记录及分析(c)入射小球被碰小球白纸复写纸 两两个个大小相同但质量不等的小球，大小相同但质量不等的小球，设两个小球的质量为设两个小球的质量为m1和和m2，碰撞前，入射小球的速度为碰撞前，入射小球的速度为v1，被碰小球静止，被碰小球静止v2=0。碰撞后，入射小球的速度为碰撞后，入射小球的速度为v1，被碰小球的速度为，被碰小球的速度为v2如图所示，设小球下落的时间为如图所示，设小球下落的时间为t，则则OP=v1t v2=0 OM=v1 t ON=v2t 验证：验证：m1 v1+m2v2=m1 v1+m2v2即：即：m1OP=m1OM+m2ONOMPN 基本思路基本思路(一维碰撞一维碰撞)与物体运动有关的物理量可能与物体运动有关的物理量可能有哪些？有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不碰撞前后哪个物理量可能是不变的？变的？需要考虑需要考虑 的问题的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞碰撞必须包括各种情况的碰撞;物体质量的测量物体质量的测量(天平天平);碰撞前后物体速度的测量碰撞前后物体速度的测量(利利用光电门或打点计时器等用光电门或打点计时器等).