高中物理第一章碰撞与动量守恒1.1碰撞课件教科版选修.ppt

,第一章碰撞与动量守恒,1,碰撞,一、碰撞现象,1.,碰撞,:,做相对运动的两个,(,或几个,),物体相遇而发生,_,在很短的时间内,它们的,_,会发生,显著变化的过程。,2.,实例,:,击球、子弹中靶、重物坠地等。,相互作用,运动状态,二、探究碰撞前后物体动能的变化,1.,实验装置,:_,数字计时器,导轨上附有滑片,和,_,、滑块上装有,_,和,弹簧片。,气垫导轨,光电门,挡光条,2.,探究过程,:,(1),先用,_,分别测出带弹簧片的滑块,1,、滑块,2,的质,量,m,1,、,m,2,然后用手推动滑块,1,使其获得初速度,v,1,与静,止的滑块,2,相碰,(,相碰时,两弹簧片要,_),测定碰撞,前、后两滑块的,_,算,出相关数据,填入表中。,天平,正对,速度大小,(2),再换用不带弹簧片的两滑块按照上面的步骤进行实,验,并读取实验数据,填入表中。,(3),将滑块上的弹簧片换成,_,用,_,分别测出,滑块,1,、滑块,2,的质量,;,使有橡皮泥的两端,_,让滑块,1,与滑块,2,相碰,测算出相关数据,并填入表中。,橡皮泥,天平,正对,碰撞前、后动能的计算,三、碰撞的分类,(1),弹性碰撞,:,碰撞前后的总动能,_,的碰撞。,(2),非弹性碰撞,:,碰撞后的总动能,_,的碰撞。,(3),完全非弹性碰撞,:,两物体碰撞后粘在一起,以相同的,_,运动的碰撞。,不变,减少,速度,知识点一、探究碰撞中的不变量和动能变化,思考探究,:,1.,利用气垫导轨进行实验时,应注意什么问题,?,2.,如何计算滑块通过光电门的速度。,【,归纳总结,】,1.,实验原理,:,(1),一维碰撞,:,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的碰撞。,(2),探究碰撞中的不变量和动能变化,:,在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为,m,1,、,m,2,碰撞前的速度分别为,v,1,、,v,2,如果速度的方向与我们规定的方向一致取正值,相反取负值,依次探究以下关系是否成立,:,m,1,v,1,+m,2,v,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,m,1,+m,2,=m,1,v,1,2,+m,2,v,2,2,(3),实验方案设计,:,方案一,:,用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞,实验装置如图所示。不同的质量可以通过在滑块上加重物的办法实现。,质量的测量,:,用天平测量。,速度的测量,:v=,式中的,x,为滑块上挡光板的宽,度,t,为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门,的时间。,各种碰撞情景,:,滑块上装弹性片、贴胶布或橡皮泥等,达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。,a.,在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架,(,如图甲,),可以得到能量损失很小的碰撞,;,b.,在滑块的碰撞端贴胶布,可以增大碰撞时的能量损失,;,c.,在两个滑块的碰撞端分别装撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连接成一体运动,(,图乙,),这样的碰撞中能量损失很大。,方案二,:,利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞情况,静止的小车上装上橡皮泥,运动的小车上装上撞针,让它们碰撞后粘在一起。,质量的测量,:,用天平测量。,利用打点计时器记录小车碰撞前后的运动情况,根据纸带上的点迹求速度。,2.,实验过程,:,(1),用天平测量相关碰撞物体的质量,m,1,、,m,2,填入预先设计好的表格中。,(2),安装实验装置。,(3),使物体发生碰撞。,(4),测量或读出碰撞前后相关的物理量,计算对应的速度,填入预先设计好的表格中。,(5),改变碰撞条件,重复步骤,(3),、,(4),。,(6),进行数据处理,通过分析比较,得出碰撞中的,“,不变量,”,和动能变化量。,(7),整理器材,结束实验。,实验中记录数据用的表格,:,碰撞前,碰撞后,质量,m/kg,m,1,m,2,m,1,m,2,速度,v/(m,s,-1,),v,1,v,2,v,1,v,2,mv/(kg,m,s,-1,),m,1,v,1,+m,2,v,2,m,1,v,1,+m,2,v,2,碰撞前,碰撞后,mv,2,/(kg,m,2,s,-2,),/(m,s,-1,kg,-1,),其他可能的猜想,实验得出的结论,【,误差分析,】,1.,系统误差,:,(1),碰撞是否为一维碰撞,设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。,(2),碰撞中其他力,(,例如,摩擦力、空气阻力等,),的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。,2.,偶然误差,:,测量和读数的准确性带来的误差,实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减小偶然误差的影响。,【,注意事项,】,1.,前提条件,:,应保证碰撞的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.,方案提醒,:,(1),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。,(2),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平面内。,3.,探究结论,:,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。,【,典例探究,】,【,典例,】,某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量,:,打点计时器、低压交流电源,(,频率为,50Hz),、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车,A,、带橡皮泥的小车,B,、天平。,该同学设计的实验步骤如下,:,A.,用天平测出小车,A,的质量为,m,A,=0.4kg,小车,B,的质量为,m,B,=0.2kg,B.,更换纸带重复操作三次,C.,小车,A,靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车,B,放在长木板中间,D.,把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源,E.,接通电源,并给小车,A,一定的初速度,v,A,(1),请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来,_,。,(2),打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据完成下表。,碰撞前,碰撞后,A,车,B,车,AB,整体,质量,/kg,速度,/(m,s,-1,),/(m,s,-1,kg,-1,),mv/(kg,m,s,-1,),mv,2,/(kg,m,2,s,-2,),(3),根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为,_,。,【,正确解答,】,(1),按照先安装,后实验,最后重复的顺序,该同学正确的实验步骤为,ADCEB,。,(2),碰撞前后均为匀速直线运动,由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车,A,、,B,合为一体,求出,AB,整体的共同速度。注意打点计时器的频率为,50Hz,打点时间间隔为,0.02 s,通过计算得下表。,碰撞前,碰撞后,A,车,B,车,AB,整体,质量,/kg,0.4,0.2,0.6,速度,/(m,s,-1,),3.0,0,2.0,/(m,s,-1,kg,-1,),7.5,0,3.3,mv/(kg,m,s,-1,),1.2,0,1.2,mv,2,/(kg,m,2,s,-2,),3.6,0,2.4,(3),由表中数值可看出,mv,一行中数值相同,可猜想碰撞前后不变量的表达式为,m,A,v,A,+m,B,v,B,=(,m,A,+m,B,)v,。,答案,:,(1)ADCEB,(2),见正确解答,(3)m,A,v,A,+m,B,v,B,=(,m,A,+m,B,)v,【,过关训练,】,用天平、气垫导轨,(,带光电计时器和两个滑块,),探究物体间发生相互作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器,(,闪光频率为,10Hz),步骤方法如下,:,(1),用天平称出两滑块的质量,m,A,=0.10kg,m,B,=0.20kg,放在水平的气垫上,(,导轨上标尺的最小分度为,1cm,滑块可看作质点,),。,(2),碰撞前后连续三次闪光拍照得到图中,a,、,b,、,c,所示的照片。,请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。,【,解析,】,由题图,a,、,b,可确定,A,的速度为,=0.6m/s,则,m,A,v,A,=0.1,0.6kg,m/s=6,10,-2,kg,m/s,从题图,b,、,c,看出滑块,A,与,B,靠近到发生碰撞需,t,2,=s=2.5,10,-2,s,所以,A,与,B,碰后回到,7.0cm,位置,历时,t,2,=(0.1-2.5,10,-2,)s=7.5,10,-2,s,因此,求出,v,A,=,m/s,=-0.2m/s,v,B,=,m/s,=0.4m/s,所以碰撞后,:,m,A,v,A,+m,B,v,B,=6,10,-2,kg,m/s,由以上计算可得,:,m,A,v,A,+m,B,v,B,=,m,A,v,A,+m,B,v,B,答案,:,m,A,v,A,+m,B,v,B,=,m,A,v,A,+m,B,v,B,【,补偿训练,】,(,多选,),用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是,(,),A.A,到达最低点时,两球的球心连线可以不水平,B.A,到达最低点时,两球的球心连线要水平,C.,多次测量减小误差时,A,球必须从同一高度下落,D.,多次测量减小误差时,A,球必须从不同高度下落,【,解析,】,选,B,、,C,。本题考查了探究碰撞过程中的不变量,意在考查学生的理解能力。要保证一维对心碰撞,必须在碰撞时球心在同一高度,;,多次测量求平均值,必须保证过程的重复性,A,球必须从同一高度下落。故选项,B,、,C,正确,A,、,D,错误。,知识点二、碰撞的分类,思考探究,:,根据上述实验中系统动能的变化情况请思考,:,(1),碰撞可分为哪几种情况,?,(2),不同碰撞中动能变化情况有什么不同,?,【,归纳总结,】,碰撞过程的特点,:,(1),时间特点,:,碰撞现象中,相互作用的时间极短,相对物体的全过程可忽略不计。,(2),运动特点,:,在碰撞过程中,系统的内力远大于外力,各物体的运动状态发生显著变化。,(3),位移特点,:,在碰撞过程中,由于在极短的时间内物体的速度发生突变,物体发生的位移极小,可认为碰撞前后物体处于同一位置。,(4),能量的特点,:,弹性碰撞前后系统动能不变,非弹性碰撞前后系统总动能减少,完全非弹性碰撞前后系统减少的动能最多。,【,典例探究,】,【,典例,】,下列物体发生碰撞属于弹性碰撞的是,(,),A.,钢球,A,与钢球,B,B.,钢球,A,与橡皮泥球,B,C.,橡皮泥球,A,与橡皮泥球,B,D.,木球,A,与钢球,B,【,解析,】,选,A,。钢球,A,与钢球,B,发生碰撞,形变能够恢复,属于弹性碰撞,A,对,;,钢球,A,与橡皮泥球,B,、橡皮泥球,A,与橡皮泥球,B,碰撞,形变不能恢复,即碰后粘在一起,是完全非弹性碰撞,B,、,C,错,;,木球,A,与钢球,B,碰撞,形变能够部分恢复,属于非弹性碰撞,D,错。,【,过关训练,】,(,多选,),两个物体发生碰撞,(,),A.,碰撞中一定产生了内能,B.,碰撞过程中,组成系统的动能可能不变,C.,碰撞过程中,系统的总动能可能增大,D.,碰撞过程中,系统的总动能可能减小,【,解析,】,选,B,、,D,。若两物体发生弹性碰撞,系统的总动能不变,;,若发生的是非弹性碰撞,系统的总动能会减小,但无论如何,总动能不会增加。所以正确选项为,B,、,D,。,