实验-探究碰撞中的不变量.ppt

碰撞碰撞碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象探究目标探究目标1 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路；、明确探究碰撞中的不变量的基本思路；2 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法；前后的速度的测量方法；3 3、掌握实验数据处理的方法。、掌握实验数据处理的方法。大量事实表明，大量事实表明，A A、B B两物体碰撞后，速两物体碰撞后，速度发生了变化，当改变度发生了变化，当改变A A、B B两物体的质量时，两物体的质量时，速度变化的情况也有所不同。那么，碰撞前速度变化的情况也有所不同。那么，碰撞前后存在什么不变量呢？后存在什么不变量呢？最简单的碰撞情形：最简单的碰撞情形：A A、B B两物体碰撞前后沿同一条直线运两物体碰撞前后沿同一条直线运动，即一维碰撞。动，即一维碰撞。碰撞前后速度碰撞前后速度V V的变化和物体的质量的变化和物体的质量m m的关系，可以做如下猜测：的关系，可以做如下猜测：猜想：猜想：实验思路实验思路1 1、建立模型：实验必须保证碰撞是一维的，、建立模型：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，碰即两个物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，且方向同向为正，撞之后还沿同一直线运动，且方向同向为正，反向为负；反向为负；2 2、用天平测量物体的质量；、用天平测量物体的质量；3 3、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L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，构成光电计时装置 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，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t参考案例参考案例一光电门测速原理一光电门测速原理测速原理测速原理1 1 光电门测速：测出滑块经过光电门的光电门测速：测出滑块经过光电门的时间时间t t，则滑块匀速运动的速度为，则滑块匀速运动的速度为v=L/tv=L/t气垫导轨气垫导轨气垫导轨气垫导轨碰撞滑块碰撞滑块碰撞滑块碰撞滑块光电门光电门光电门光电门L L L L参考案例二参考案例二 摆球测速原理摆球测速原理 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，一个小球静止，拉起另一把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的度；可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。单摆测速：设摆绳长为单摆测速：设摆绳长为L L，测出摆角，测出摆角和和，机械能守恒可得速度为，机械能守恒可得速度为橡皮泥橡皮泥橡皮泥橡皮泥保证两绳保证两绳保证两绳保证两绳等长等长等长等长测速原理测速原理2 2参考案例三一打点计时器测速原理参考案例三一打点计时器测速原理 将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把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。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插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体（如上图）。通过纸带测出它们碰撞前后（如上图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。的速度。橡皮泥橡皮泥橡皮泥橡皮泥 打点计时器测速：测出相邻计数点间的打点计时器测速：测出相邻计数点间的距离距离X X，可得速度为，可得速度为v=X/t测速原理测速原理3 3用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥）用天平测出辆小车的质量（包括撞针或橡皮泥）固定打点计时器，连好电路。固定打点计时器，连好电路。平衡摩擦力平衡摩擦力做实验做实验改变质量，重做实验改变质量，重做实验数据记录与处理：数据记录与处理：h hh h斜槽末端切斜槽末端切斜槽末端切斜槽末端切向水平向水平向水平向水平 平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到平抛测速：测出碰撞前后各球落点到O O O O间的距间的距间的距间的距离离离离X X X XOPOPOPOP、X X X XOMOMOMOM、X X X XONONONON，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为，各球空中运动时间均相同，设为t t t t，可得速度为，可得速度为，可得速度为，可得速度为v=XOP/t 为防止碰撞中为防止碰撞中为防止碰撞中为防止碰撞中A A球球球球反弹，有反弹，有反弹，有反弹，有mmA AmmB B落点确定：落点确定：落点确定：落点确定：测速原理测速原理4 4注意：注意：5、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；、用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置；3、实验中不需要测量时间，也不需要、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；测量桌面的高度；4、能正确判断小球碰撞前后的落点、能正确判断小球碰撞前后的落点(m1m2);1、斜槽末端的切线要水平；、斜槽末端的切线要水平；2、从同一高度释放小球、从同一高度释放小球；OPMN天平、刻度尺、重垂线天平、刻度尺、重垂线平抛测速的其他方案平抛测速的其他方案需测球的直径需测球的直径需测球的直径需测球的直径测速原理测速原理4 4碰撞可能有很多情形碰撞可能有很多情形碰撞可能有很多情形碰撞可能有很多情形1 1、两个质量相同的物体相碰撞，两个质、两个质量相同的物体相碰撞，两个质量相差悬殊的物体相碰撞。量相差悬殊的物体相碰撞。2 2、两个速度大小相同、方向相反的物体、两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞。相碰撞。3 3、碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后、碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后分开，碰后也可能粘在一起不再分开分开，碰后也可能粘在一起不再分开 寻找的不变量：必须在各种碰撞寻找的不变量：必须在各种碰撞的情况下都不改变。的情况下都不改变。实验分析实验分析实验分析实验分析实验分析实验分析实验分析实验分析实验结果实验结果 实验探究表明，实验探究表明，A A、B B两两物体碰撞前后的不变量为：物体碰撞前后的不变量为：1 1 1 1、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量的物理量有（的物理量有（的物理量有（的物理量有（）A A A A、入射小球和被碰小球的质量、入射小球和被碰小球的质量、入射小球和被碰小球的质量、入射小球和被碰小球的质量 B B B B、入射小球和被碰小球的直径、入射小球和被碰小球的直径、入射小球和被碰小球的直径、入射小球和被碰小球的直径 C C C C、斜槽轨道的末端距地面的高度、斜槽轨道的末端距地面的高度、斜槽轨道的末端距地面的高度、斜槽轨道的末端距地面的高度 D D D D、入射球滚下到抛出时的高度差、入射球滚下到抛出时的高度差、入射球滚下到抛出时的高度差、入射球滚下到抛出时的高度差 E E E E、入射球末碰撞时飞出的水平距离、入射球末碰撞时飞出的水平距离、入射球末碰撞时飞出的水平距离、入射球末碰撞时飞出的水平距离 F F F F、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离 ABEF课堂练习课堂练习2 2 2 2、如图所示，在、如图所示，在、如图所示，在、如图所示，在“探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量”实验中，实验中，实验中，实验中，P P P P为入射为入射为入射为入射球球球球A A A A未与被碰球未与被碰球未与被碰球未与被碰球B B B B碰撞时的落点，碰撞时的落点，碰撞时的落点，碰撞时的落点，M M M M为它与为它与为它与为它与B B B B球碰后的落点，球碰后的落点，球碰后的落点，球碰后的落点，N N N N为为为为B B B B球的落点，这个实验对小球质量球的落点，这个实验对小球质量球的落点，这个实验对小球质量球的落点，这个实验对小球质量M M M MA A A A和和和和M M M MB B B B的要求是的要求是的要求是的要求是M M M MA A A A_M_M_M_MB B B B（填（填（填（填“”“”“”“”“=”=”=”=”或或或或“”）为了能用）为了能用）为了能用）为了能用OPOPOPOP长度表示长度表示长度表示长度表示球球球球A A A A的初速度，的初速度，的初速度，的初速度，OMOMOMOM和和和和ONONONON长度分别表示球长度分别表示球长度分别表示球长度分别表示球A A A A和球和球和球和球B B B B的末速度，则的末速度，则的末速度，则的末速度，则必须做到必须做到必须做到必须做到_，用图中标出的符号和测出的数据列出不，用图中标出的符号和测出的数据列出不，用图中标出的符号和测出的数据列出不，用图中标出的符号和测出的数据列出不变量的表达式为变量的表达式为变量的表达式为变量的表达式为_。并讨论：三个落地点距。并讨论：三个落地点距。并讨论：三个落地点距。并讨论：三个落地点距O O O O点的距离点的距离点的距离点的距离OMOMOMOM、OPOPOPOP、ONONONON与实验所用的小球质量是否有关？与实验所用的小球质量是否有关？与实验所用的小球质量是否有关？与实验所用的小球质量是否有关？斜槽末端点的切线水平，两球球心斜槽末端点的切线水平，两球球心斜槽末端点的切线水平，两球球心斜槽末端点的切线水平，两球球心碰前处于等高点，即发生对心正碰碰前处于等高点，即发生对心正碰碰前处于等高点，即发生对心正碰碰前处于等高点，即发生对心正碰mmA AOP=mOP=mA AOM+mOM+mB BONON OP OP OP OP与小球的质量无关，与小球的质量无关，与小球的质量无关，与小球的质量无关，OMOMOMOM和和和和ONONONON与小球的质量有关与小球的质量有关与小球的质量有关与小球的质量有关课堂练习课堂练习