实验：探究碰撞中的不变量

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1、自主预习一、实验原理1．碰撞中的特殊情况——一维碰撞：两个物体碰撞前后均在一条直线上．2．追寻不变量：碰撞前后哪个物理量是不变的呢？质量不变，但质量不是描述运动状态的物理量．速度在碰撞前后是变化的，但速度跟质量的乘积是不是我们要寻找的不变量呢？猜测与假想一下通过实验研究下列哪个关系式成立？(1)碰撞前后的不变量可能是速度和质量的乘积：；(2)可能是质量与速度平方的乘积：；(3)也许是物体的速度与自己质量的比值：.3．需要考虑的问题质量可以用测量，速度怎样来测量呢？不同的方案有不同的测量方法4．实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维

2、碰撞实验装置如下图所示．不同的质量可以通过的办法实现．应用气垫导轨很容易控制．因此，这个方案是本实验的首选．(1)速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡板的，Δt为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门的(2)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问题探究1：碰撞时难免有能量损失．只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变，它才是我们寻找的不变量．在利用气垫导轨进行实验时，如何改变碰撞中的能量损失呢？方案二：利用等长悬绳挂等大球实现一维碰撞实验装置如下图所示．把两个小球用线悬起来，一个小球

3、静止，拉起另一个小球，放开后它们相碰．(1)速度的测量：可以测量小球被拉起的，计算出碰撞前小球的速度，测量被撞小球摆起的，计算碰撞后的速度．(2)可采用在小球上贴胶布的方式来改变碰撞中的能量损失．方案三：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(1)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．(2)利用记录小车碰撞前后的运动情况，根据纸带上的点迹求速度．4根据以上三个实验过程中测得的数据，探究不变量.结论：通过以上实验，你找到的碰撞前后的“不变量”可能是问题探究2：三个实验方案中，速度的测量方法有什么不

4、同？二、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、、滑块(两个)、弹簧片、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．方案二：带细线的摆球(两个)、铁架台、、量角器、坐标纸、胶布等．方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、、撞针、橡皮泥等．三、实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1．用天平测量相关的质量；2．安装实验装置；3．使物体发生碰撞；4．测量或读出有关数据，计算出物体的速度；5．改变碰撞条件重复上述3、4步；6．进行数据处理，通过分析对比，找出碰撞中的不变量；7．整理实验器材．四、注意事项1．

5、注意三点(1)保证两个物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前后在一条直线上．(2)若用气垫导轨进行实验，调整轨道水平，可用水平尺测量．(3)若利用摆球做实验，两个小球静止时应在同一水平线上，且刚刚接触，摆线竖直，将小球拉起后，两摆线应在同一竖直平面内．2．可能出现的几种情况(1)两个碰撞的物体质量相等．(2)两个碰撞的物体质量相差悬殊．(3)两个物体碰撞后粘在一起．(4)入射物体碰撞后不改变方向，或碰撞后反弹，或碰撞后静止等．五、误差分析1．碰撞前后是否在一条直线上，与实验设计有关．气垫导轨很好地控制了两个物体碰撞的一维性，其他两个设计都存

6、在碰撞不是严格的一维碰撞的问题，造成实验的误差．2．碰撞中是否受到其他力的影响，气垫导轨存在这个问题，比如轨道不能安装水平，受到重力分力的影响；方案三的问题更严重，水平木板轨道的摩擦是不可避免的．3．速度的测量存在误差。问题探究3：为什么说三个方案中第一方案较好？4互动课堂要点一实验探究碰撞中的不变量例1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使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体，继续做匀速直线运动．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

7、的频率为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离标在图上．A为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A碰前的速度，应选________段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)．(2)测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg，由以上测量结果可得：碰前mAvA＋mBvB＝________kg·m/s；碰后mAvA′＋mBvB′＝________kg·m/s.例2如图所示为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后

8、运动过程的频闪照片，频闪的频率为10Hz.开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动．已知滑块A、B的质量分别为200g