
碰撞:物體之間在極短時(shí)間內(nèi)的相互作用。
1. 碰撞前后會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變?2. 如果有,這個(gè)量會(huì)是什么?
1、掌握驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)思路和試驗(yàn)方法;2、明確實(shí)驗(yàn)所需要測(cè)量的物理量及測(cè)量方法;3、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
問(wèn)題1:動(dòng)量守恒定律的條件是什么?
系統(tǒng)不受外力,或者所受外力的矢量和為0.
問(wèn)題2:如何創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件,使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0?
創(chuàng)造內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的實(shí)驗(yàn)情景,可以近似滿(mǎn)足動(dòng)量守恒的條件。
問(wèn)題3:為了實(shí)驗(yàn)與計(jì)算方便我們應(yīng)該設(shè)計(jì)怎樣的碰撞?
兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿這條直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
最簡(jiǎn)單的碰撞情況:兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿這條直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這種碰撞叫做一維碰撞。如下圖所示:
問(wèn)題4:實(shí)驗(yàn)中我們需要測(cè)量哪些物理量?
問(wèn)題5:物體質(zhì)量如何測(cè)量?
物體的質(zhì)量可用天平直接測(cè)量。
問(wèn)題6:物體速度如何測(cè)量?你掌握哪些方法可以測(cè)量物體速度?
①光電門(mén)測(cè)速 ②平拋測(cè)速③打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速 ④頻閃照片
知識(shí)點(diǎn)二、方案一:研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒。
[實(shí)驗(yàn)器材]氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。[實(shí)驗(yàn)裝置]
[實(shí)驗(yàn)原理] 利用氣墊導(dǎo)軌來(lái)減小摩擦力,用天平測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量,用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量滑塊碰撞前后的速度,計(jì)算碰撞前后的總動(dòng)量,看其是否守恒。
[實(shí)驗(yàn)步驟]?。?)選取兩個(gè)質(zhì)量不同的滑塊,在兩個(gè)滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架,滑塊碰撞后隨即分開(kāi)。(2)在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥,碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,使兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)。如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣,碰撞時(shí)它們也會(huì)連成一體。(3)用細(xì)線(xiàn)將彈簧壓縮,放置于兩個(gè)滑塊之間,并使它們靜止,然后燒斷細(xì)線(xiàn),彈簧彈開(kāi),兩個(gè)滑塊隨即向相反方向運(yùn)動(dòng)。
[實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理]將以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中。
1.如果物體碰撞后的速度方向與原來(lái)的方向相反,應(yīng)該怎樣記錄?2.以上各種情況中,碰撞前后物體的動(dòng)能之和有什么變化?設(shè)法檢驗(yàn)?zāi)愕牟孪搿?br/>在實(shí)驗(yàn)前規(guī)定正方向,若物體運(yùn)動(dòng)方向于規(guī)定正方向相反,則記錄為負(fù)值。
測(cè)量2個(gè)滑塊的質(zhì)量,碰撞前的速度和碰撞后的速度,通過(guò)計(jì)算,可比較出碰撞前后物體的動(dòng)能之和的變化。實(shí)驗(yàn)的第一種情況:動(dòng)能之和不變實(shí)驗(yàn)的第二種情況:動(dòng)能之和減小實(shí)驗(yàn)的第三種情況:動(dòng)能之和增大
注意事項(xiàng)(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn),調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí),注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平.(2)規(guī)定好正方向,如果滑塊的速度與規(guī)定的正方向一致,則速度取正值,否則取負(fù)值.(3)改變滑塊的質(zhì)量,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),尋找普遍規(guī)律。
1、某同學(xué)欲采用課本上介紹的氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)器等器材進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟:
①安裝好氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén),調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕,使導(dǎo)軌水平;②測(cè)得A和B兩滑塊上遮光片的寬度均為d;③到得A、B兩滑塊的質(zhì)量(包含遮光片)m1、m2;④向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣;⑤利用氣墊導(dǎo)軌左右的彈射裝置,使滑塊A、B分別向右和向左運(yùn)動(dòng),測(cè)出滑塊A、B在碰撞前經(jīng)過(guò)光電門(mén)過(guò)程中擋光時(shí)間分別為Δt1和Δt2 ;⑥觀察發(fā)現(xiàn)滑塊A、B碰撞后通過(guò)粘膠粘合在一起,運(yùn)動(dòng)方向與滑塊B碰撞前運(yùn)動(dòng)方向相同,此后滑塊A再次經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)擋光時(shí)間為Δt.
試解答下列問(wèn)題:(1)碰撞前A滑塊的速度大小為 ,碰撞前B滑塊的速度大小為 。(2)為了驗(yàn)證碰撞中動(dòng)量守恒,需要驗(yàn)證的關(guān)系式是 (用題中物理量表示)。?(3)有同學(xué)認(rèn)為利用此實(shí)驗(yàn)裝置還能計(jì)算碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能。請(qǐng)用上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程測(cè)出的相關(guān)物理量,表示出A、B系統(tǒng)在碰撞過(guò)程中損失的機(jī)械能ΔE= 。?
知識(shí)點(diǎn)二、方案二:研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒
[實(shí)驗(yàn)原理]測(cè)出小球落點(diǎn)的水平距離可根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律計(jì)算出小球的水平初速度。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想巧妙之處在于用長(zhǎng)度測(cè)量代替速度測(cè)量。
2.本實(shí)驗(yàn)在誤差允許的范圍內(nèi)驗(yàn)證上式成立。兩小球碰撞后均作平拋運(yùn)動(dòng),用水平射程間接表示小球平拋的初速度:
驗(yàn)證的表達(dá)式:mA·OP=mA·OM+mB·ON
[實(shí)驗(yàn)步驟](1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量,并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?。?)安裝:按照?qǐng)D甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置,調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。(3)鋪紙:白紙?jiān)谙拢瑥?fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好,記下重垂線(xiàn)所指的位置O。(4)放球找點(diǎn),不放被撞小球,每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下,重復(fù)10次。用圓規(guī)畫(huà)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心F就是小球落點(diǎn)的平均位置。
注意事項(xiàng)(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”(2)斜槽末端的切線(xiàn)必須水平,入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。(3)地面須水平,白紙鋪好后實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能移動(dòng),否則會(huì)造成很大的誤差。
1.某同學(xué)用如圖甲所示裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓小球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開(kāi)始滾下,在水平地面上的記錄紙上留下痕跡,重復(fù)10次;然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端,讓小球a仍從原固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下,和小球b相碰后,兩球分別落在記錄紙的不同位置處,重復(fù)10次.回答下列問(wèn)題:
(1)在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端應(yīng) .(2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足ma mb,兩球的半徑應(yīng)滿(mǎn)足ra________rb.(均選填“>”“<”或“=”)(3)本實(shí)驗(yàn)中小球平均落地點(diǎn)的位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示,小球a、b碰后的平均落地點(diǎn)依次是圖乙中的________點(diǎn)和________點(diǎn).
(4)在本實(shí)驗(yàn)中,驗(yàn)證動(dòng)量守恒的式子是下列選項(xiàng)中的________.A.ma·OC=ma·OA+mb·OBB.ma·OB=ma·OA+mb·OCC.ma·OA=ma·OB+mb·OC
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