第十六章 动量守恒定律 16. 1 实验：探究碰撞中的不变量 一、实验探究目的和实验思路 1.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。 二、实验探究案例 案例1:利用气垫导轨探究一维碰撞中的不变量 如图: (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。 (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 碰撞前 碰撞后 质量m/kg 速度/(m/s) /(kg·m/s) + + /(kg·m/s) 2+2 2+ /(m/s/ kg) + + 其他可能的猜想 案例2:利用等长悬线悬挂的摆球探究一维碰撞 如图： (1)质量的测量:用天平测量 (2)速度的测量:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后小球的速度。 把两个质量相等的小球都用长度为L的线悬挂起来，测量小球A被拉起的角度,根据机械能守恒定律,可知小球A落下时的速度;测量被撞小球B摆起的角度,则小球B被撞后的速度;同理可以求出碰后小球A的速度。 注意：准确测量两球碰撞前后的摆角大小是实验关键。 (3)实现不同碰撞情境的措施: 用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。 注意： 两小球静止时应在同一水平线上,且刚刚接触,摆线竖直将小球拉起后,两摆线应在同一竖直平面内,以保证碰撞是一维的.两球最好用双线摆。 案例3:利用小车在光滑的木板上碰撞探究一维碰撞 (1)质量的测量: 用天平测量 (2)速度的测量: ,式中△x为纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,△t为小车经过△x所用的时间,可由打点间隔算出。 (3)措施: 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。 三、利用平抛运动探究碰撞中的不变量 1.实验原理:让一个质量为m1(质量较大)的小球从斜槽上滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量为m2(质量较小)的小球(两球半径相同)发生碰撞(正碰).小球的质量可以用天平称出。两球碰撞前后的速度可以利用平抛运动的知识求出。设小球下落时间为t,质量为m1的入射小球碰撞前的速度为,碰撞后,入射小球的速度是,被碰小球的速度是.在图中,线段OJ的长度是被碰小球飞出的水平距离;OE的长度是碰撞后入射小球飞出的水平距离;OF的长度则是不发生碰撞时入射小球飞出的水平距离. OF=,=,=,=,由此可知小球飞出的水平距离可以代替小球飞出时的速度. 平抛测速：测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度。 2.实验步骤 (1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球. (2)按照图安装装置,调整固定斜槽,使斜槽底端水平. (3)白纸在下,复写纸在上,在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O. (4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。 (5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。如图： (6)测量OJ、OE、OF的长度.将测量 ... ...
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