牛顿摆

牛顿摆想一想：•下图中两人互相推或者是一辆小车去撞击另一辆小车会发生什么现象？这些现象产生的原因又是什么呢？•联系生活实际，想一想在日常生活还有哪些类似的现象？请举若干个例子牛顿摆是一个1960年代发明的桌面演示装置，五个质量相同的球体由吊绳固定，彼此紧密排列。又叫：牛顿摆球、动量守恒摆球、永动球、物理撞球、碰碰球等。牛顿摆是由法国物理学家伊丹·马略特（EdmeMariotte）最早于1676年提出的。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最左边的球将被弹出，并仅有最左边的球被弹出。当然此过程也是可逆的，当摆动最左侧的球撞击其它球时，最右侧的球会被弹出。当最右侧的两个球同时摆动并撞击其他球时，最左侧的两个球会被弹出。同理相反方向同样可行，并适用于更多的球，三个，四个，五个……。牛顿摆什么是动能？什么是动量？energy动能动量•物体由于作机械运动而具有的能。•定义：物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。它的大小定义为物体质量与速度平方乘积的二分之一。•动能是标量，无方向，只有大小。且不能小于零。与功一致，可直接相加减。•动能是相对量，式中的v与参照系的选取有关，不同的参照系中，v不同，物体的动能也不同。•在经典力学中，动量表示为物体的质量和速度的乘积，是与物体的质量和速度相关的物理量，指的是运动物体的作用效果。动量也是矢量，它的方向与速度的方向相同。•在物理学中，动量是与物体的质量和速度相关的物理量。•一般而言，一个物体的动量指的是这个物体在它运动方向上保持运动的趋势•动量是矢量，用符号p表示。•质点组的动量为组内各质点动量的矢量和。机械能•机械能是动能与势能的总和，这里的势能分为重力势能和弹性势能。•机械能是表示物体运动状态与高度的物理量。物体的动能和势能之间是可以转化的。在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，即机械能是守恒的。•当有摩擦时，一部分的机械能转化为内能，在空气中散失，另一部分转化为动能或势能。所以在自然界中没有机械能守恒，那么达芬奇提出的永动机就不可能被制造出来，即没有永动机。•重力做功和重力势能变化关系：WG=-ΔEp•合外力做功和动能变化关系：W合=ΔEk•除重力与系统内力之外的力做功与机械能变化关系：W外=ΔE•机械能守恒的条件是“系统外力不做功，系统内非保守力不做功”。能量传递•能量传递，energytransfer，简称传能。是分子通过碰撞进行的能量传递、转移或交换的现象。•能量传递的特性一是：物质的高能量总是主动地向同种低能量物质传递，低能量物质只能被动吸收同种高能量。二是：物质能量转化式传递和递进式传递。三是：物质能量在同级介质中容易传递，在上级介质中传递能力差些，在下级介质中不容易传递四是：能量传递必须由粒子作为介质而波动传递，其形式都是“波粒二相性”。因为能量不能离开物质，所以能量只能在物质的粒子中传递。牛顿摆的工作原理能量守恒定律表明在一个封闭系统中，总能量是恒定的。能量表示为：KE=0.5mv²(KE代表动能）当一端的球以一定的能量碰撞球组，它的能量将转移给另一端的球（而不是消失)。能量守恒动量守恒定律表明在一个封闭系统中，给定方向的动量是恒定的。当小球甲撞击小球乙，它以特定的方向运动，例如从东向西运动。那意味着，它的动量（动量是矢量）也以从东向西的方向运动。任何小球运动方向上的改变将导致动量的改变，这只有在受到外力作用的情况下才能实现。那就是为什么小球甲不是简单地被小球乙弹开——它的动量将能量以从东向西的方向传递过所有的球。动量守恒完全弹性碰撞：在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。如果两个碰撞小球的质量相等，联立动量守恒和能量守恒方程时可解得：两个小球碰撞后交换速度。如果被碰撞的小球原来静止，则碰撞后该小球具有了与碰撞小球一样大小的速度，而碰撞小球则停止。多个小球碰撞时可以进行类似的分析。事实上，由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞，还会有能量的损失，所以最后小球还是要停下来。这也是牛顿摆的核心物理原理！拓展还有一类碰撞叫完全非弹性碰撞：碰撞过程中物体往往会发生形变，还会发热、发声。因此在一般情况下，碰撞过程中会有动能损失。如果碰撞后物体结合在一起，动能损失最大，这种碰撞叫做完全非弹性碰撞。例如这个太低估自己高度的大巴车…………动能完全损失掉，转换成形变能和热能。完全非弹性碰撞做一做根据以下材料，尝试自主拼装牛顿摆认识材料01长立柱02玻璃球03摆上框05四孔短柱06大方框底座04压线套07定位板简述牛顿摆的拼装步骤：第一步第二步第三部......想一想01在本实验中，牛顿摆摆动的幅度的大小和时间的长短与什么因素有关？02为什么经过一段时间后，小球总会停止运动？假设一：和摆角的大小有关假设二：和摆绳的长短有关假设三：和摆锤的轻重有关注意事项•每次试验只能改变一个变量•是由于空气阻力•空气阻力，指空气对运动物体的阻碍力，是运动物体受到空气的弹力而产生的。•简单描述一下自己在学习牛顿摆拼装中的收获和体会。THANKS感谢聆听