16.1 实验：探究碰撞中的不变量

第十六章 动量守恒定律 16.1 实验：探究碰撞中的不变量 实验：

碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，从生产、 碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，从生产、生 活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题-------碰撞 活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题----碰撞 前后是否有什么物理量保持不变？ 前后是否有什么物理量保持不变？从现象出发去发现隐藏 在现象背后的自然规律。 在现象背后的自然规律。

P2演示 演示 A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B 是两个悬挂起来的钢球， 、 是两个悬挂起来的钢球 质量相等。 球静止，拉起A球 放开后A与 碰撞 碰撞， 球静止，拉起 球，放开后 与B碰撞，观察碰 撞前后两球运动的变化。 撞前后两球运动的变化。换为质量相差较多的 两个小球， 两个小球，重做以上实验

通过演示实验的结果看出， 通过演示实验的结果看出，两物体碰后质量虽 然没有改变， 然没有改变，但运动状态改变的程度与物体质 量的大小有关。 量的大小有关。通过观察现象猜想碰撞前后可 能的“不变量” 能的“不变量”。

一.实验的基本思路1、一维碰撞 如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球 拉 如图所示， 、 是悬挂起来的钢球 把小球A拉 是悬挂起来的钢球， 起使其悬线与竖直线夹一角度a,放开后A球运动 起使其悬线与竖直线夹一角度 ，放开后 球运动 到最低点与B球发生碰撞 碰后B球摆幅为 球发生碰撞， 球摆幅为β角 到最低点与 球发生碰撞，碰后 球摆幅为 角. 如两球的质量 A=mB,碰后 球静止，B球摆角 如两球的质量m 碰后A球静止 球静止， 球摆角 β=α,这说明 、B两球碰后交换了速度； 两球碰后交换了速度 ，这说明A、 两球碰后交换了速度； 如果 A>mB,碰后 、B两球一起向右摆动； 如果m 碰后A、 两球一起向右摆动 两球一起向右摆动； 如果 A<mB,碰后 球反弹、B球向右摆动. 如果m 碰后A球反弹 球反弹、 球向右摆动 球向右摆动. 以上现象可以说明什么问题？ 以上现象可以说明什么问题？

2、追寻不变量P2课文，描述思路 课文， ……质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“ 质量并不描述物体的运动状态， 质量并不描述物体的运动状态 不是我们追寻的“ 不变量” 速度在碰撞前后是变化的……物体的质量与它 不变量”。速度在碰撞前后是变化的 物体的质量与它 的速度的乘积也在变化…… 的速度的乘积也在变化 那么， 那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是 不是不变量？ 不是不变量？ m 1 v1 + m 2 v2 = m 1 v1 ’ + m 2 v2 ’ ? 或者

, 或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是 不变量？ 不变量？ m 1 v1 2 + m 2 v2 = m 1 v1 ’ 2 + m 2 v2 ’ 2 ? 也许， 也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前 后保持不变？ 后保持不变？ v v v ′ v ′ + = + ? m m m m1 2 1 2

……

1

2

1

2

指明了探究的方向和实验的目的

二、实验条件的保证、实验数据的测量 实验条件的保证、 1 、实验必须保证碰撞是一维的，即两个物 实验必须保证碰撞是一维的， 体在碰撞之前沿同一直线运动， 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; 还沿同一直线运动 2 、用天平测量物体的质量； 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. 测量两个物体在碰撞前后的速度. 测量物体的速度可以有哪些方法？

参考案例―-------光电门测速原理 如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光 如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板， 板有一定的宽度，设为L. 板有一定的宽度，设为 .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， 上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光 电计时装置. 电计时装置. 当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不 当挡光板穿入时，将光挡住开始计时， 再挡光则停止计时，设记录的时间为t, 再挡光则停止计时，设记录的时间为 ，则滑块相 当于在L的位移上运动了时间 的位移上运动了时间t, 当于在 的位移上运动了时间 ，所以滑块匀速运 动的速度v=L/t. 动的速度 .

实验方案之一： 实验方案之一： 用气垫导轨作碰撞实验(如图所示)

参考案例二―摆球测速原理 参考案例二 摆球测速原理 实验装置如图所示。 实验装置如图所示。 把两个小球用线悬起来， 把两个小球用线悬起来， 一个小球静止， 一个小球静止，拉起另一个 小球，放下时它们相碰。 小球，放下时它们相碰。 可以测量小球被拉起的角 从而算出落下时的速度； 度，从而算出落下时的速度； 测量被撞小球摆起的角度， 测量被撞小球摆起的角度， 从而算出被撞后的速度。 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。 大两球碰撞时的能量损失。

参考案例三-------打点计时器测速原理 打点计时器测速原理 参考案例三 将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把 将打点计时器固定在光滑桌面的一端， 纸带穿过打点计时器，连在小车的后面。 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 让小车 运动，小车 静止。 运动 静止 撞端分别

装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针 撞端分别装上撞针和橡皮泥， 插入橡皮泥中， 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 (如上图)。通过纸带测出它们碰撞前后 的速度。 的速度。

参考案例四―平抛测速原理 参考案例四 平抛测速原理 实验装置如图所示。 实验装置如图所示。

小球从斜槽上滚下后做平抛运动，通过测 小球从斜槽上滚下后做平抛运动， 量桌高和水平位移， 量桌高和水平位移，可以算出抛出时的初 速度。 速度。A球 球 P B球 球 Q 重 锤 线

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