高二物理选修3-5实验：探究碰撞中的不变量.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【知识目标】【知识目标】1、明确探究碰撞中的不变量的基本、明确探究碰撞中的不变量的基本思路思路 2、掌握同一条直线上运动的两个物、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体碰撞前后的速度的测量方法 3、掌握实验数据处理的方法、掌握实验数据处理的方法【重点、难点】【重点、难点】1、碰撞中的不变量的探究；、碰撞中的不变量的探究；2、实验数据的处理、实验数据的处理 微观粒子之间由于相互碰撞而改变状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态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子 碰撞是日常生活、生产活动中常见的碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化发生变化 两个物体的质量比例不同时，它们的两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样速度变化也不一样 物理学中研究运动过程中的守恒量具物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变撞过程中的什么物理量保持不变(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个物两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动一直线运动 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是悬挂起是悬挂起来的钢球，把小球来的钢球，把小球A拉起使其悬拉起使其悬线与竖直线夹一角度线与竖直线夹一角度a，放开后，放开后A球运动到最低点与球运动到最低点与B球发生碰球发生碰撞，碰后撞，碰后B球摆幅为球摆幅为角角 如两球的质量如两球的质量mA=mB，碰后，碰后A球静止，球静止，B球摆球摆角角=，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，速度发生了两球碰撞后，速度发生了变化，当变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同变化的情况也不同 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关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，碰撞前它们速度分别为撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度，碰撞后的速度分别为分别为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撞之后还沿同一直线运动;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，动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和并借助于斜槽、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纸带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，挡光板有一定图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为的宽度，设为L气垫导轨上黄色框架上安装有光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，设记录的时间为不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块，则滑块相当于在相当于在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，所以滑块匀速运动的速度动的速度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)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)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)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。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与物体运动有关的物理量可能有哪些？可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能碰撞前后哪个物理量可能是不变的？是不变的？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).作业：作业：P6