16.1 实验：探究碰撞中的不变量(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-5）

16. 1 实验：探究碰撞中的不变量 汽车碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？ 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． 两个物体的质量（比例）不同时，它们的速度变化也不一样． 物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变(守恒)． 碰撞 碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。 思考：1. 碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？ 2. 如果有，这个量会是什么？ 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 重大交通事故 碰撞的小球 特点分析     影响因素     作用力大、时间短 天气、人为、车况等 对称的美 次要因素极少  活动一、感知碰撞 活动二、初建模型 由于碰撞过程十分短暂，碰撞物体间的作用力远比周围物体给它们的力大，所以，后者的作用可以忽略，这两物体组成的系统可视为孤立系统。 忽略两物体自身大小和形状、忽略外力对碰撞的影响，建立碰撞的模型。 1.实验探究目的 追寻碰撞过程中的不变量。 说明：为了研究方便,实验中碰撞应是最简单的碰撞形式--- 一维碰撞 2.实验基本思路 (1)一维碰撞 碰撞的种类很多,两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动,这种碰撞叫做一维碰撞.在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度,因此实验要测量物体的质量和速度。 一、实验探究目的和实验思路 平面的（二维）碰撞 直线的（一维）碰撞     一维碰撞 最简单的碰撞情况 — 两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。如下图所示： v1 m1 v2 m2 v1 m1 v2 = 0 m2 v1 = 0 m1 v2 = 0 m2 弹簧 v1 m1 v2 m2 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 需要考虑的问题 1. 如何保证是一维碰撞？ 让物体的速度在两物体质心的连线上。 2. 如何测量物体的质量？ 用天平称量。 3. 怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？ 可用光电门、打点计时器等测量计算，或利用动能定理、平抛运动规律等计算获得。 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 案例1:利用气垫导轨探究一维碰撞中的不变量 如图: 二、实验探究案例 (1)质量的测量:用天平测量质量 (2)速度的测量:利用公式 x 为滑块上挡光片的宽度, t 为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间 (3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。 Δx 方案1：利用气垫导轨结合光电门的实验探究 (1)质量的测量：用 测量. (2)速度的测量：v＝ ，式中的Δx为滑块上挡光板的 ， 为数字计时显示器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间. (4)器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平. 实验方案设计 宽度 天平 Δt (3)碰撞情景的实现：如图1所示，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，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量. (4)实验方法 ①用细线将弹簧压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧弹开后 落下,两个滑块随即向相反方向运动。 ②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架,可以得到能量损失很小的碰撞。 ③在两个滑块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,把两个滑块连成一体运动,这样可以得到能量损失很大的碰撞。 注意： 为了研究水平方向的一维碰撞,气垫导轨必须调水平。 (5)数据的记录与处理 在记录速度时,若物体碰撞后速度的方向与原来的方向相反,要注意正负号。 碰撞前 碰撞后 质量m/kg 其他可能的猜想 实验得出的结论 【例1】下列关于打点计时器或光电门的测速说法不正确的是( ) A．打点计时器使用的电源是直流电源 B．打点计时器两计时点之间的时间间隔等于电源的 周期 C．光电门的挡光板越窄越好 D．使用打点计时器时，要先接通电源，再松开纸带 A 例2.在“探究碰撞中的不变量”实验中常会用到气垫导轨，导轨与滑块之间形成空气，使滑块在导轨上运动时几乎没有摩擦。现在有滑块A、B和带竖直挡板C、D的气垫导轨，用它们探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计）。 采用的实验步骤如下： a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB； b．调整气垫导轨使之水平； c．在A、B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气