[选修3-5]161实验：探究碰撞中的不变量2

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1、课堂设计新课引入:请人家冋忆一个概念：什么叫力？力是物体和物体之间的相互作用。而有些物体间的相互作用显得有些剧烈，那就是碰撞！碰撞是很常见的现象：人到宇宙空间天体之间、天体飞行器之间的相互碰撞，小到微观粒子Z间的碰扌童。（显示图片）幻灯片回到我们生活的空间，我来给大家看几种碰撞：一—'—演示实验：演示：两个摆球在最低点的碰撞：1、质量人的撞击质量小的；2、质量小的撞击质量人的；3、两个运动小球之间的对碰；4、质量相等的小球之间的碰撞。（玩具碰）小结：不同情况下，相互碰撞的物体运动状态改变R改变情况不相

2、同，那么在碰撞前后会不会有什么物理量不变（就彖口由落体过程中机械能不变一样）引入：今天我们用最简单的碰撞来研究——两个物体的一•维碰撞：碰撞询后两个物体都在同一直线上运动。在一维碰撞里面，质最不变，但它显然不是我们追求的不变最；速度变化了（考虑到速度的矢量性，我们要选定一个正方向，如果速度和选定的正方向一•致，取正值，否则取负值）问题：因为质量不同的时候，速度的变化情况也不一样，所以我们寻求的不变量应该和质量相关、和速度相关，是什么呢？猜想：会不会是两个物体各自的质量与自己速度的乘积Z和是不变量？即：

3、miV]+m2V2=miV]'+m2V2/成立或者，各自的质量与自己速度的二次方的乘积Z和是不变量?即：rri

4、Vi2+m2V22=m

5、Vi'2+m2V2'?成立或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和是不变量或者我们的实验需要考虑的问题：1、如何保证碰撞是一维的，保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；2、如何测量物体的质量；（天平，弹簧秤）3、怎样测量物体的速度。4、数据表格：对比、探究、验证实验屮，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。给出参考表格，可自己设计更方便的表格。研究方案一：运

6、动的小球撞击静止的小球1、质量的测量：天平；2、保证一维碰撞：利用斜槽末端水平槽控制小球做水平方向运动；3、速度的测量：由于入射球和被碰小球碰撞询后均山同一高度飞出做平抛运动，飞行时间相等，若取飞行时间为单位时间,则数值上可用水平位移代替水平速度。17g和2.5g研究方案二：运动的小车撞击静止的小车后成为一个整体。椽皮泥打点计时器1、质量的测量：天平；2、保证一维碰撞：四轮小车在平板上运动3、速度的测量：利用打点计时器和跟随小车的纸带来测量小车的速度。（匕二Sio/IOT,VGV?二S[o/1OT）实

7、验小结：1、由于各种误差的存在，相对误差在5%以内的，我们可以认为这两个值相等，山于我们使用的方法、器材的局限，能在10%以内也算可以了，但超过20%以上的，一般就不认为相等了。2、提问：能小于10%的是笫几纽物理量？征集：讨论的问题中，冇相对差值小于5%的。3、展示成果:得到结论：在误差允许的范围内，从实验结果看，在各种碰撞的前后，系统“mv”之和是一个定值；而系统“nW?”之和有的情况下是一个定值，而有时变化很大。刚才大家所研究的都是一个运动的物体去碰一个静止的物体（弹性很不好的时候成为一个整体，

8、弹性比较的时候分开），那么如果两个物体都具冇一定的初速度，刚才的结论述成立吗？研究方案三：气垫导轨上两个滑块的碰撞1、质量的测量：弹簧秤；2、保证一维碰撞：气垫导轨保证了两滑块碰撞前后都在同一直线上3、速度的测量：利用光电计时器计下挡光片•挡光的时间t,再测出挡光片的长度L,可得滑块的速度v=L/to4、实验操作：1）有弹性圈2）橡皮泥3）碰后成为一整体数据评点：1、各时间的物理意义2、有关速度的方向3、每组数据三个比较4、得出结论：（看时间可让学生讨论，得出结论）结论：系统各部分的“mv”（矢量，要

9、考虑方向）的总和是一个定值，所以我们给“nw”一个名称叫动量P。刚才的结论就是一个很重要的定律——动量守恒定律。这是个适用范围比牛顿定律还要广的定律。它不仅仅适用于一维碰撞，还适用于二维、三维，多个物体Z间的作用，当然，它有一定的适用条件，具体我们要到后面详细研究。思考：有些悄况下，系统“mv2"之和在碰撞前后相等，这能否给我们一些启示?提示：要是miVi2+m2V22=m1vi/2+m2V2/2两边同时乘以1/2呢？回顾玩具碰：为什么？课后思考：满足什么样的条件，两个小球碰撞以麻会交换速度?