探究碰撞中的不变量.pptx

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1、温故知新温故知新实验现象：小球总能回到等高位置实验现象：小球总能回到等高位置实验分析：小球好像实验分析：小球好像“记得记得”自己起始高度自己起始高度在物理学中，我们把这一事实说成是在物理学中，我们把这一事实说成是“有某一有某一量是守恒的量是守恒的”“能量能量”第1页/共30页生活中的各种碰撞现象第2页/共30页第3页/共30页思考与猜想思考与猜想1.这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物这些天壤之别的运动，是否遵循相同的物理规律？理规律？2.碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？碰撞现象会不会有什么物理量保持不变？第4页/共30页一、观察实验、提出问题思考：思考：碰撞前碰撞前后会不会有什后会不会有

2、什么物理量保持么物理量保持不变？不变？可能可能存在什存在什么样的数学关么样的数学关系式系式第5页/共30页实验的基本思路实验的基本思路1.一维碰撞一维碰撞两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线两物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动运动且方向与假定正方向同向为正，反向为负且方向与假定正方向同向为正，反向为负且方向与假定正方向同向为正，反向为负且方向与假定正方向同向为正，反向为负。思考与猜想思考与猜想与物体运动有关的物理量有哪些呢？与物体运动有关的物理量有哪些呢？碰撞前后会不会碰撞前后会不会碰撞前后会不会碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？有什么物理量保持不变？有什么物理量保持

3、不变？有什么物理量保持不变？质量与速度质量与速度第6页/共30页二、我们的猜想22112211vmvmvmvm+=+猜想：猜想：猜想：猜想：猜想：猜想：第7页/共30页u保证一维碰撞保证一维碰撞保证一维碰撞保证一维碰撞 即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；且方向与假定正方向同向为正，反向为负且方向与假定正方向同向为正，反向为负u如何测量物体的质量；如何测量物体的质量；如何测量物体的质量；如何测量物体的质量；（天平）（天平）（天平）（天平）u怎样测量物体的速度怎样测量物体的

4、速度?三、设计方案设计实验需要考虑的问题设计实验需要考虑的问题 第8页/共30页测速原理测速原理测速原理测速原理1 1 1 1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x x x x实验案例 方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞利用气垫导轨实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量(3)不同碰撞情况的实现：利用弹簧片、细绳、弹性不同碰撞情况的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量碰撞物体的质量计时器光电门光电

5、门光电门光电门测出的滑块经过光电门的时间第9页/共30页1.1.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，机械能守恒可得速度为：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方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞2.不同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞时不同碰撞情况的实现：用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失的能量损失第10页/共30页实验步骤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。平衡摩擦力做实验改变质量，重做实验数据记录与处理：方案三：利用小

6、车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞第11页/共30页橡皮泥橡皮泥橡皮泥橡皮泥测速原理测速原理测速原理测速原理3 3 3 3方案三：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞(1)质量的测量：用天平测量第12页/共30页斜槽（末端水平）两小球复写纸复写纸白纸白纸天平、刻度尺、重垂线天平、刻度尺、重垂线方案四：利用平抛运动第13页/共30页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间的距离间的距离间的距离间的距

7、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，可得速度，可得速度，可得速度为为为为v=X水水/t为防止碰撞中为防止碰撞中A A球反球反弹，有弹，有mmA AmmB B落点确定：落点确定：方案四：利用平抛运动仪器：小球、天平、刻度尺、仪器：小球、天平、刻度尺、重垂线、斜槽重垂线、斜槽第14页/共30页注意：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

8、验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的、实验中不需要测量时间，也不需要测量桌面的高度；高度；4、为防止碰撞中为防止碰撞中A A球反弹，有球反弹，有mAmAmBmB1、斜槽末端的切线要水平；、斜槽末端的切线要水平；2、每次实验从同一高度释放小球、每次实验从同一高度释放小球；OPMN方案四：利用平抛运动第15页/共30页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5 5第16页/共30页四、进行实验 收集数据 uu实验装置应怎么组装？实验装置应怎么组装？uu实验的程序实验的程序,即实验步骤是什么？即实验步骤是什么？uu怎样进行实验数据的采集、

9、分析与处理？怎样进行实验数据的采集、分析与处理？uu怎样设计数据表格怎样设计数据表格?u对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。第17页/共30页操作过程操作过程不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测相关质量；(2)安装实验装置；(3)使物体发生碰撞；(4)测量或读出相关物理量，计算有关速度；(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)、(4)；(6)整理器材，结束实验；(7)进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量第18页/共30页注意事项注意事项(1)

10、保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动(2)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(3)若利用摆球进行实验，两小球静放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面内(4)碰撞有很多情形我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变才符合要求第19页/共30页误差分析误差分析(1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞(2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免碰撞时除相互作用力外的其他力影响物体速度5

11、实验结论通过实验数据分析可得 m1v1m2v2m1v1m2v2，即在碰撞过程中不变量为 mv.第20页/共30页【例题】图 1611 研究的是碰撞过程，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，连在小车的后面让小车 A 运动，小车 B 静止在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体图 1611第21页/共30页(1)除研究打点计时器打下的纸带外，还需要测量的量是_(2)如果打点计时器的电源周期为 T，碰撞前 6 个点之间的距离为 s1，碰撞后 6 个点之间的距离为 s2，则碰撞前 A 的速度为_，碰撞后 A、B 的速度为_(3)本实验测速度

12、的过程中引进的误差来源是_.第22页/共30页答案：见解析第23页/共30页1(河源 2012 届高三质检)我们可以用带竖直挡板 C、D 的气垫导轨以及滑块 A、B 来做探究碰撞中的不变量的实验，实验装置如图 1612 所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：图 1612第24页/共30页a用天平分别测出滑块 A、B 的质量 mA、mB；b调整气垫导轨，使导轨处于水平；c在滑块 A、滑块 B 间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d用刻度尺测出滑块 A 的左端至板 C 的距离 L1.e按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块 A、B 运动时间的计时器开始工作当滑块

13、 A、B 分别碰撞挡板 C、D 时停止计时，记下滑块 A、B 分别到达挡板 C、D 的运动时间 t1 和 t2.第25页/共30页(1)实验中还应测量的物理量是_.滑块 B 的右端至 D 板的(2)利用上述测量的实验数据，验证作用前后质量与速度乘 质量与速度的积在误差允许范围内相等，但大小并不完全相等，产生误差的原因_距离 L2阻力或气垫导轨不水平等积的表达式是_，由此公式算得的A、B两滑块的第26页/共30页2某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车 A 的前端黏有橡皮泥，推动小车 A 使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并黏合成一体，继续做匀速直线

14、运动他设计的具体装置如图 1615 所示在小车 A 后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力图 1615第27页/共30页(1)若已得到打点纸带如图 1616 所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A 为运动起始的第一点，则应选_段来计算 A 的碰前速度，应选_段来计算 A 和 B 碰后的共同速度(填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)BCDE图 1616(2)已测得小车 A 的质量 mA0.40 kg，小车 B 的质量 mB0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前 mAvAmBvB_ kgm/s；碰后 mAvAmBvB_kgm/s.0.420.417第28页/共30页解析：(1)小车 A 碰前做匀速直线运动，打在纸带上的点应该是间距均匀的，故计算小车碰前速度应选 BC 段；CD 段上所打出的点由稀变密，可见在 CD 段 A、B 两小车相互碰撞，A、B 碰撞后一起做匀速直线运动，所打出的点又是间距均匀的，故应选 DE 段计算碰后的速度第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页