16.1《实验：探究碰撞中的不变量》课件(新人教版选修3-5)

第十六章动量守恒定律第一节实验：探究碰撞中的不变量【知识目标】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．【重点、难点】1、碰撞中的不变量的探究；2、实验数据的处理．•一碰撞•碰撞是自然界最常见的现象碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化．两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接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．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．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v1’、v2’．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：22'2'211211221122112''1212121222(1)vvvv(3)mmmmvmvmv'mv(2)mvmvm'vmvm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．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．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．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．参考案例―――一光电门测速原理参考案例二―一―摆球测速原理•实验装置如图所示。•把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。•可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。•也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。参考案例三一打点计时器测速原理•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。两个物体由静止弹开也是一种碰撞情况参考案例四――一平抛测速原理•实验装置如图所示。•把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧．将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，通过测量桌高和水平位移，可以算出抛出时的初速度。碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1’=V2’=mvm1v1+m2v2=M1v’1+m2v’2=mv2m1v12+m2v22=M1v’12+m2v’22=v/m1212vvmm1212v'v'mm实验记录及分析(非弹性碰撞)44449036碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm1212v'v'mm实验记录及分析(a-2)4422904.59碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm1212v'v'mm实验记录及分析(轻物体撞重物体)224460-24碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm1212v'v'mm实验记录及分析(原来静止的物体之间相互作用)4422002-4碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度V1=V2=V1=V2=mvm1v1+m2v2=m1v1+m2v2=mv2m1v12+m2v22=m1v12+m2v22=v/m1212vvmm1212v'v'mm实验记录及分析(碰后两物体连在一起)44229066基本思路(一维碰撞)与物体运动有关的物理量可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能是不变的？需要考虑的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞;物体质量的测量(天平);碰撞前后物体速度的测量(利用光电门或打点计时器等).作业：P6①②