1、生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象撞车撞车打打桩桩机机打打桩桩生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象飞飞鸟鸟撞撞飞飞机机拳拳击击第十六章第十六章 动量守恒定律动量守恒定律16.1 实验：探究碰撞中的不变量实验：探究碰撞中的不变量【学习目标学习目标】1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路、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、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后的速度的测量方法 3、掌握实验数据处理的方法、掌握实验数据处理的方法【重点、难点重点、难点】1、碰撞中的不变量的探究；、碰撞中的不变量的探究；2、实验数据的处理、实验数据的处
2、理1、一维碰撞、一维碰撞 我们只研究最简单的情况我们只研究最简单的情况两个物两个物体碰撞体碰撞前沿同一直线运动前沿同一直线运动，碰撞，碰撞后仍沿同后仍沿同一直线运动一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。这种碰撞叫做一维碰撞。一、实验探究的基本思路：一、实验探究的基本思路：3.各种碰撞情景的实现：各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。物的方法改变碰撞物体的质量。2.速度的测量：速度的测量：v x/t，式中，式中 x 为滑块为滑块
3、(挡光片挡光片)的宽度，的宽度，t 为数字计时器显示的滑块为数字计时器显示的滑块(挡光片挡光片)经过光电门的时间。经过光电门的时间。1.质量的测量：质量的测量：用天平测量。用天平测量。如图把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另如图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，一个小球，放下时它们相碰。可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而从而算出落下时的速度；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。时的能
4、量损失。将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点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。让小车计时器，连在小车的后面。让小车 A 运动，小车运动，小车B 静止。在静止。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（如下图）。通过纸带测出皮泥中，把两个小车连接成一体（如下图）。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。它们碰撞前后的速度。二、猜想碰撞中的不变量：二、猜想碰撞中的不变量：两物体质量与速度的乘积之和，即两物体质量与速度的乘积之和，即 m1v1+m2v2=m1v1+m
5、2v2 是否成立？是否成立？或者质量与速度平方乘积之和即或者质量与速度平方乘积之和即 m1v12+m2v22=m1v12+m2v22 是否成立？是否成立？还是有其他的可能？还是有其他的可能？或者或者 成立？成立？12121222vvvvmmmm 方案一：方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二：方案二：带细线的摆球带细线的摆球(两套两套)、铁架台、天平、量角器、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。坐标纸、胶布等。方案三：方案三：光滑长木板、打点计时器
6、、纸带、小车光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个两个)、天平、撞针、橡皮泥。天平、撞针、橡皮泥。不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：考步骤如下：1.用天平测相关质量；用天平测相关质量；2.安装实验装置；安装实验装置；3.使物体发生碰撞；使物体发生碰撞；4.测量或读出相关物理量，计算有关速度；测量或读出相关物理量，计算有关速度；5.改变碰撞条件，重复步骤改变碰撞条件，重复步骤 3、4；6.进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量；进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的守恒量；7.整理器材，结束实验。整理器
7、材，结束实验。1实验数据的处理实验数据的处理 为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理为了探究碰撞中的不变量，将实验中测得的物理量填入如下表格，然后探究不变量量填入如下表格，然后探究不变量。经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前经过验证后可知，在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即后不变的量是物体的质量与速度的乘积，即 m1v1m2v2m1v1m2v22.实验结论实验结论1、系统误差：、系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：主要来源于装置本身是否符合要求，即：（1）碰撞是否为一维碰撞。）碰撞是否为一维碰撞。（2）实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否
8、）实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦。水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦。2、偶然误差：、偶然误差：主要来源于对质量主要来源于对质量m和速度和速度v的测量。的测量。1保证两物体发生的是保证两物体发生的是一维碰撞一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同，即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。一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2若利用若利用气垫导轨气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪平仪确保导轨水平确保导轨水平。3若利用若利用摆球摆球进行实验，两小球静放时进行实验，两小球静放时球心应在同
9、一水平球心应在同一水平线上线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。应在同一竖直面内。4碰撞有很多情形，我们寻找的碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情不变量必须在各种碰撞情况下都不改变况下都不改变，才符合要求。，才符合要求。某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来某实验小组选用水平气垫导轨、光电门等测量装置来探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示探究碰撞中的不变量。实验仪器如图所示实验过程：实验过程：(1)调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作；调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正常工作；(2)在滑
10、块在滑块 1 上装上挡光片并测出其长度上装上挡光片并测出其长度 L；(3)在滑块在滑块 2 的碰撞端面粘上橡皮泥的碰撞端面粘上橡皮泥(或双面胶纸或双面胶纸)；(4)用天平测出滑块用天平测出滑块 1 和滑块和滑块 2 的质量的质量 m1、m2；练一练：(5)把滑块把滑块 1 和滑块和滑块 2 放在气垫导轨上，让滑块放在气垫导轨上，让滑块 2 处于静止状处于静止状态态(v2 0)，用滑块，用滑块 1 以初速度以初速度 v1 与之碰撞与之碰撞(这时光电计时器这时光电计时器系统自动计算时间系统自动计算时间)，撞后两者粘在一起，分别记下滑块，撞后两者粘在一起，分别记下滑块 1 的的挡光片碰前通过光电门的
11、遮光时间挡光片碰前通过光电门的遮光时间 t1 和碰后通过光电门的遮和碰后通过光电门的遮光时间光时间 t2；(6)先根据先根据 v L/t 计算滑块计算滑块 1 碰撞前的速度碰撞前的速度 v1 及碰后两者的及碰后两者的共同速度共同速度 v；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比；再计算两滑块碰撞前后质量与速度的乘积，并比较大小。较大小。次次数数滑块滑块 1滑块滑块 2碰前质量碰前质量速度速度碰后质量碰后质量速速度度v1vv2vm1v1m2v2(m1m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.269 碰前、碰后质量碰前、碰后质量速度大小并不完全相等，产生误差的原因速度
12、大小并不完全相等，产生误差的原因是：是：请完成以上表格。请完成以上表格。实验数据：实验数据：m1 0.324 kgm2 0.181 kgL1.00103 m 速度单位：速度单位：m/s次次数数滑块滑块 1滑块滑块 2碰前质量碰前质量速度速度碰后质量碰后质量速速度度v1vv2vm1v1m2v2(m1m2)v10.2900.18400.18420.4260.26900.269 0.09400.0930.1380.1360测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨水平等造成误差造成误差【答案】【答案】基本思路基本思路(一维碰撞一维碰撞)与物体运动有关的物理量与物体运动有关的物理量可能有哪些？可能有哪些？碰撞前后哪个物理量可能碰撞前后哪个物理量可能是不变的？是不变的？需要考虑需要考虑 的问题的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞碰撞必须包括各种情况的碰撞;物体质量的测量物体质量的测量(天平天平);碰撞前后物体速度的测量碰撞前后物体速度的测量(利用利用光电门或打点计时器等光电门或打点计时器等).
