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1、 第十六章第十六章 动量守恒定律动量守恒定律1 1 实验：探究碰撞中的不变量实验：探究碰撞中的不变量 碰撞碰撞是自然界中常见的现象。两节火车车厢是自然界中常见的现象。两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接，台球由于两球的碰撞而之间的挂钩靠碰撞连接，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。微观粒子之间更是由于相互碰撞改变运动状态。微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量，甚至使得一种粒子转化为其他粒子。而改变能量，甚至使得一种粒子转化为其他粒子。碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢？ 1 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
2、撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动线运动这种碰撞叫做一维碰撞这种碰撞叫做一维碰撞 如图所示，如图所示，A A、B B是悬挂起是悬挂起来的钢球，把小球来的钢球，把小球A A拉起使其悬拉起使其悬线与竖直线夹一角度线与竖直线夹一角度a a，放开后放开后A A球运动到最低点与球运动到最低点与B B球发生碰球发生碰撞，碰后撞，碰后B B球摆幅为球摆幅为角角 如两球的质量如两球的质量m mA A= =m mB B，碰后碰后A A球静止，球静止，B B球摆角球摆角=，这说明这说明A A、B B两球碰后交换了速度；两球碰后交换了速度； 如果如果m mA A m
3、mB B，碰后碰后A A、B B两球一起向右摆动；两球一起向右摆动； 如果如果m mA A m mB B，碰后碰后A A球反弹、球反弹、B B球向右摆动球向右摆动 以上现象说明以上现象说明A A、B B两球碰撞后，速度发生了变化，当两球碰撞后，速度发生了变化，当A A、B B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同 2 2追寻不变量追寻不变量 在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只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有物体的质量和物体的速度 设两个物体的质量分别为设两个物体的质量分别为m m1 1、m m2 2，碰撞
4、前它们碰撞前它们速度分别为速度分别为v v1 1、v v2 2，碰撞后的速度分别为碰撞后的速度分别为v v1 1、v v2 2 规定某一速度方向为正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碰撞前后速度的变化和物体的质量m m的关系，的关系，我们可以做如下猜测：我们可以做如下猜测： 碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量不变量” 必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，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才是我们追寻的不变量 1 1实验必须保证碰撞是一维的，即两个物实
5、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一直线运动; ; 2 2用天平测量物体的质量；用天平测量物体的质量； 3 3测量两个物体在碰撞前后的速度测量两个物体在碰撞前后的速度 速度的测量：速度的测量：可以充分利用所学的运动学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，挡光板有一定的宽图中滑块上红色部分
6、为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为度，设为L L气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并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，设记录的时间为光则停止计时，设记录的时间为t t，则滑块相当于在则滑块相当于在L L的位的位移上运动了时间移上运动了时间t t，所以滑块匀速运动的速度所以滑块匀速运动的速度v=L/tv=L/t1 1方案一方案一 利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示。利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示。(1
7、)(1)质量的测量：质量的测量：用天平测量质量。用天平测量质量。(2)(2)速度的测量：速度的测量：利用公式利用公式v vx/x/t t ，式中，式中x x为滑块上挡光片的宽度，为滑块上挡光片的宽度，t t为数字计时器显示为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门时的时间。的滑块上挡光片经过光电门时的时间。(3)(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。质量。碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量m m1 1= =m m2 2= =m m1 1= =m m2 2= =速度速度V V1 1= =V V2 2= =V V1 1= =V V2 2= =mvm
8、vm m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2= =M M1 1vv1 1+m+m2 2vv2 2= =mvmv2 2m m1 1v v1 12 2+m+m2 2v v2 22 2= =M M1 1vv1 12 2+m+m2 2vv2 22 2= =v/mv/m实验记录及分析实验记录及分析(a-1)(a-1)碰撞前碰撞前碰撞后碰撞后质量质量 m m1 1= =m m2 2= =m m1 1= =m2=速度速度 V V1 1= =V V2 2= =V V1 1= =V2=mvmvm m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2= =m m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2= =
9、mvmv2 2m m1 1v v1 12 2+m+m2 2v v2 22 2= =m m1 1v v1 12 2+m+m2 2v v2 22 2= =v/mv/m实验记录及分析实验记录及分析(a-2)(a-2)从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞从上表中的三个关系中，找出碰撞前和碰撞后相等的关系量。后相等的关系量。2 2结论：在实验误差允许的范围内，碰撞前、结论：在实验误差允许的范围内，碰撞前、后不变的量是物体的质量后不变的量是物体的质量m m与速度与速度v v的乘积之和，的乘积之和，即即m m1 1v v1 1m m2 2v v2 2m m1 1v v1 1m m2 2v v2 2。 将打
10、点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸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。让小车带穿过打点计时器，连在小车的后面。让小车A A运动，小车运动，小车B B静止。在两小车的碰撞端分别装上静止。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个小车连接成一体( (如上图如上图) )。通过纸带测出它们。通过纸带测出它们碰撞前后的速度。碰撞前后的速度。2 2方案二方案二 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可能有哪些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
11、可能是不变的？碰撞前后哪个物理量可能是不变的？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;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).1 1 在用气垫导轨做在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量”实验时，左实验时，左侧滑块质量侧滑块质量m m1 1170g170g，右侧滑块质量，右侧滑块质量m m2 2110g110g，挡光片，挡光片宽度为宽度为3.00cm3.00cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为的时间分别为t t1 10.32s0.32s，t t2 20.21s0.21s。则两滑块的。则两滑块的速度分别为速度分别为v v1 1_ _ m/s，v2_m/s。烧断细线前烧断细线前m1v1m2v2_kgm/s，烧断细线后，烧断细线后m1v1m2v2_kgm/s。可得到的结论是。可得到的结论是_。答案：答案：0.0940.14302.5104kgm/s在实验允许的误差范围内，两滑块质量与在实验允许的误差范围内，两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量各自速度的乘积之和为不变量
