2011届高三物理探究碰撞中的不变量

兴义市天赋中学物理选修三教案：16.1实验：探究碰撞中的不变量第一节探究碰撞中的不变量1、实验探究的基本思路（1）一维碰撞我们只研究最简单的情况——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。这种碰撞叫做一维碰撞。演示：如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角，如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；如果mAmB，碰后A、B两球一起向右摆动；如果mAmB，碰后A球反弹、B球向右摆动。以上现象可以说明什么问题？结论：以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同。（2）追寻不变量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。设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为1v、2v，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m的关系，我们可以做如下猜测：22112211vmvmvmvm222211222211vmvmvmvm22112211mvmvmvmv分析：①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“不变量”。②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。2、实验条件的保证、实验数据的测量（1）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；（2）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。测量物体的速度可以有哪些方法？总结：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，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。课件：参考案例――一种测速原理如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L，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。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t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t。3、实验方案（1）用气垫导轨作碰撞实验（如图所示）实验记录及分析（a-1）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=4m1=4m2=4速度v1=9v2=01v=32v=6mv2211vmvm2211vmvmmv2222211vmvm222211vmvmv/m2211mvmv2211mvmv实验记录及分析（a-2）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=9v2=01v=4.52v=9mv2211vmvm2211vmvmmv2222211vmvm222211vmvmv/m2211mvmv2211mvmv实验记录及分析（a-3）碰撞前碰撞后质量m1=2m2=4m1=2m2=4速度v1=6v2=01v=-22v=4mv2211vmvm2211vmvmmv2222211vmvm222211vmvmv/m2211mvmv2211mvmv实验记录及分析（b）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=0v2=01v=22v=-4mv2211vmvm2211vmvmmv2222211vmvm222211vmvmv/m2211mvmv2211mvmv实验记录及分析（c）碰撞前碰撞后质量m1=4m2=2m1=4m2=2速度v1=9v2=01v=62v=6mv2211vmvm2211vmvmmv2222211vmvm222211vmvmv/m2211mvmv2211mvmv（2）用小车研究碰撞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（如上图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。