高中物理选修3-5-§16-1-实验、探究碰撞中的不变量LI培训讲学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,名人名言,这些看起来天壤之别的运动，遵从着一条相同的科学规律,动量守恒定律。,想像远比知识重要，知识有涯，而想像能环抱整个世界。,爱因斯坦,16.1,实验：探究碰撞中的不变量,生活实例,生活中的各种碰撞现象,撞车,生活中的各种碰撞现象,打桩机打桩,生活中的各种碰撞现象,钉钉子,生活中的各种碰撞现象,飞鸟撞飞机,生活中的各种碰撞现象,打网球,生活中的各种碰撞现象,拳击,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,问题起因,大量事实表明，,A,、,B,两物体碰撞后，速度发生了变化，当改变,A,、,B,两物体的质量时，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？,最简单的碰撞情形：,A,、,B,两物体碰撞前后沿同一条直线运动，即一维碰撞。,探究目标,1,、明确探究碰撞中的不变量的基本思路；,2,、,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,；,3,、掌握实验数据处理的方法。,实验思路,1,、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，碰撞之后还沿同一直线运动，且方向同向为正，反向为负；,2,、用天平测量物体的质量；,3,、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？,测速原理,1,光电门测速：测出滑块经过光电门的时间,t,，则滑块匀速运动的速度为,v=L/t,气垫导轨,碰撞滑块,光电门,L,单摆测速：设摆绳长为,L,，测出摆角,和,，机械能守恒可得速度为,橡皮泥,保证两绳等长,测速原理,2,橡皮泥,打点计时器测速：测出相邻计数点间的距离,X,，可得速度为,v,=,X/,t,测速原理,3,频闪照片测速：分析频闪照片中,A,、,B,滑块碰撞前后的位置情况，设频闪时间间隔为,t,，可得速度为,v,A,=X,A,/,t,测速原理,4,h,h,斜槽末端切向水平,平抛测速：测出碰撞前后各球落点到,O,间的距离,X,OP,、,X,OM,、,X,ON,，各球空中运动时间均相同，设为,t,，可得速度为,v,=X,OP,/,t,为防止碰撞中,A,球反弹，有,m,A,m,B,落点确定：,测速原理,5,平抛测速的其他方案,需测球的直径,测速原理,5,碰撞可能有很多情形,1,、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。,2,、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。,3,、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,寻找的不变量：必须在各种碰撞的情况下都不改变。,实验猜想,实验分析,实验分析,实验分析,实验分析,实验分析,实验结果,实验探究表明，,A,、,B,两物体碰撞前后的不变量为：,课堂练习,1,、如图所示，利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量，已知光电门的宽度为,L,，两滑块质量分别为,m,A,和,m,B,开始时滑块,A,和,B,相向运动，经过光电门的时间各自为,t,A,和,t,B,，碰撞后，滑块,B,和,A,先后以,t,B,和,t,A,经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式是,_,2,、,某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则（,1,）下列说法正确的是,(),A,悬挂两球的细绳长度要适当，且等长,B,由静止释放小球以便较准确地计算小,球碰前的速度,C,两小球必须都是钢性球，且质量相同,D,两小球碰后可以粘合在一起共同运动,（,2,）已知两球,A,和,B,的质量之比为,2,：,1,，如图所示，开始时,A,球从与竖直成,45,0,角的位置静止释放，之后两球粘在一起向右摆动，最大摆角为,30,0,，如果本实验允许的最大误差是,4%,，试分析碰撞前后两球的质量与速度乘积之和是否保持不变？,ABD,1.531mgL,1.553mgL,1.4%,课堂练习,3,、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,的前端粘有橡皮泥，推动小车,A,使之做匀速运动然后与原来静止在前方的小车,B,相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示在小车,A,后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为,50Hz,，测得小车,A,的质量为,310g,，小车,B(,包括橡皮泥,),的质量为,205g,，计算可知，两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为,_,kg,m/s,；两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为,_ kg,m/s(,保留三位有效数字,),。两结果不完全相等的主要原因是,_,0.620,0.618,纸带与打点计时器的限位孔及小车与木板间有摩擦。,课堂练习,4,、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：在小车,A,的前端粘有橡皮泥，推动小车,A,使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车,B,相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图所示。在小车,A,后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为,50Hz,，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。,(1),若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距标在图上，,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,(,以上两格填,“,AB,”,或,“,BC,”,或,“,CD,”,或,“,DE,”,),。,(2),已测得小车,A,的质量,m,1,=0.40kg,，小车,B,的质量,m,2,=0.20kg,由以上测量结果可得碰前总动量为,_kg,m/s,，碰后总动量为,_kg,m/s,BC,DE,0.420,0.417,课堂练习,5,、在探究碰撞中的不变量的实验时，需要测量的物理量有（）,A,、入射小球和被碰小球的质量,B,、入射小球和被碰小球的直径,C,、斜槽轨道的末端距地面的高度,D,、入射球滚下到抛出时的高度差,E,、入射球末碰撞时飞出的水平距离,F,、入射球和被碰球碰撞后飞出的水平距离,ABEF,课堂练习,6,、如图所示，在,“,探究碰撞中的不变量,”,实验中，,P,为入射球,A,未与被碰球,B,碰撞时的落点，,M,为它与,B,球碰后的落点，,N,为,B,球的落点，这个实验对小球质量,M,A,和,M,B,的要求是,M,A,_M,B,（填,“,”“,=,”,或,“,”,）为了能用,OP,长度表示球,A,的初速度，,OM,和,ON,长度分别表示球,A,和球,B,的末速度，则必须做到,_,，用图中标出的符号和测出的数据列出不变量的表达式为,_,。并讨论：三个落地点距,O,点的距离,OM,、,OP,、,ON,与实验所用的小球质量是否有关？,斜槽末端点的切线水平，两球球心碰前处于等高点，即发生对心正碰,m,A,OP=m,A,OM+m,B,ON,OP,与小球的质量无关，,OM,和,ON,与小球的质量有关,课堂练习,7,、在,探究碰撞中的不变量,的实验中，,(1),用游标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径，测量结果如图,(a),所示，该球直径为,_cm,；,(2),实验中小球的落点情况如图,(b),所示。入射球,A,与被碰球,B,的质量比为,m,A,：,m,B,=3,：,2,，则实验中碰撞结束时刻两球动量大小之比,p,A,：,p,B,=_,。,2.14,1,：,2,课堂练习,8,、,A,、,B,两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞（碰撞时间极短）。用闪光照相，闪光,4,次摄得的照片如图所示。已知闪光的时间间隔为,t,，而闪光本身持续时间极短，在这,4,次闪光的瞬间，,A,、,B,两滑块均在,0-80cm,刻度范围内，且第一次闪光时，滑块,A,恰好通过,x=55cm,处，滑块,B,恰好通过,x=70cm,处，试根据实验探究中得到的碰撞前后质量和速度乘积之和保持不变的结论判断下述问题：,1),碰撞发生在何处？,2),碰撞发生在第一次闪光后多少时间？,3),两滑块的质量之比等于多少？,碰撞发生在,x,=60cm,处；,t=,t/2,m,A,:m,B,=2:3,碰撞中的闪光照片研究,课堂练习,9,、,用如图所示的装置进行探究碰撞中的不变量的实验：（,1,）先测出滑块,A,和,B,的质量,M,和,m,及滑块与桌面的动摩擦因数,，查出当地的重力加速度,g,；（,2,）用细线将滑块,A,和,B,连接，使,A,和,B,间的弹簧处于压缩状态，滑块,B,紧靠在桌边缘；（,3,）剪断细线，测出滑块,B,做平抛运动落地时的水平位移为,X,1,，滑块,A,沿桌面滑行的距离为,X,2,。为探究碰撞中的不变量，写出还需测量的物理量及表示它的字母,_,_,，如果碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等，须满足的关系式是,_,还需测出桌面离地高度,h,课堂练习,