莫佩雯 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量

16.1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量第十六章動(dòng)量守恒定律生活實(shí)例微觀粒子的碰撞1).如mA=mB，碰后A球靜止，B球差不多以A球的速度擺起，擺到與A初時(shí)等高；2).如mA>mB，碰后A、B兩球以不同速度向右擺動(dòng)；

3).如mA<mB，碰后A球反彈、B球向右擺動(dòng)．

以上現(xiàn)象說(shuō)明當(dāng)A、B兩球的質(zhì)量關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，速度變化的情況也不同．如圖所示，A、B是懸掛起來(lái)的鋼球，把小球A拉起，放開(kāi)后A球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)與B球發(fā)生碰撞．問(wèn)題起因大量事實(shí)表明，A、B兩物體碰撞后，速度發(fā)生了變化，當(dāng)改變A、B兩物體的質(zhì)量時(shí)，速度變化的情況也有所不同。那么，碰撞前后存在什么不變量呢？最簡(jiǎn)單的碰撞情形：

A、B兩物體碰撞前后沿同一條直線運(yùn)動(dòng)，即一維碰撞。追尋不變量在一維碰撞的情況下與物體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度．設(shè)兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1’、v2’．規(guī)定某一速度方向?yàn)檎?/p>

質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是我們追尋的“不變量”。速度在碰撞前后是變化的……物體的質(zhì)量與它的速度的乘積也在變化……那么，兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度的乘積之和是不是不變量？m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’

？或者，各自的質(zhì)量與自己的速度的二次方的乘積之和是不變量？m1v12

+m2v2=m1v1’2+m2v2’2

？也許，兩個(gè)物體的速度與自己質(zhì)量的比值之和在碰撞前后保持不變？

？

碰撞可能有很多情形1、兩個(gè)質(zhì)量相同的物體相碰撞，兩個(gè)質(zhì)量相差懸殊的物體相碰撞。2、兩個(gè)速度大小相同、方向相反的物體相碰撞，一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體與一個(gè)靜止物體相碰撞。3、碰撞時(shí)可能中間通過(guò)彈簧接觸，碰后分開(kāi)，碰后也可能粘在一起不再分開(kāi)……尋找的不變量：必須在各種碰撞的情況下都不改變。實(shí)驗(yàn)思路1、建立模型：實(shí)驗(yàn)必須保證碰撞是一維的，即兩個(gè)物體在碰撞之前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞之后還沿同一直線運(yùn)動(dòng)。2、用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；3、怎樣測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體在碰撞前后的速度？實(shí)驗(yàn)猜想?yún)⒖及咐D-------光電門(mén)測(cè)速原理如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為L(zhǎng)．氣墊導(dǎo)軌上黃色框架上安裝有光控開(kāi)關(guān)，并與計(jì)時(shí)裝置相連，構(gòu)成光電計(jì)時(shí)裝置．當(dāng)擋光板穿入時(shí)，將光擋住開(kāi)始計(jì)時(shí)，穿過(guò)后不再擋光則停止計(jì)時(shí)，設(shè)記錄的時(shí)間為t，則滑塊相當(dāng)于在L的位移上運(yùn)動(dòng)了時(shí)間t，所以滑塊勻速運(yùn)動(dòng)的速度v=L/t．L光電門(mén)碰撞滑塊氣墊導(dǎo)軌參考案例二―擺球測(cè)速原理

實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。把兩個(gè)小球用線懸起來(lái)，一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰?？梢詼y(cè)量小球被拉起的角度，從而算出落下時(shí)的速度；測(cè)量被撞小球擺起的角度，從而算出被撞后的速度。也可以用貼膠布等方法增大兩球碰撞時(shí)的能量損失。單擺測(cè)速：設(shè)擺繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，測(cè)出擺角θ和β，機(jī)械能守恒可得碰撞前A速度為，碰撞后速度為橡皮泥θβ保證兩繩等長(zhǎng)測(cè)速原理2參考案例三-------打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速原理

將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)的后面。讓小車(chē)A運(yùn)動(dòng)，小車(chē)B靜止。在兩小車(chē)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，把兩個(gè)小車(chē)連接成一體（如上圖）。通過(guò)紙帶測(cè)出它們碰撞前后的速度。橡皮泥測(cè)速原理3實(shí)驗(yàn)猜想實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)探究表明，A、B兩物體碰撞前后的不變量為：hh斜槽末端切向水平平拋測(cè)速：測(cè)出碰撞前后各球落點(diǎn)到O間的距離XOP、XOM、XON，各球空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相同，設(shè)為⊿t，可得速度為v=XOP/⊿t

為防止碰撞中A球反彈，有mA＞mB落點(diǎn)確定：測(cè)速原理510、用如圖所示的裝置進(jìn)行探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)：（1）先測(cè)出滑塊A和B的質(zhì)量M和m及滑塊與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭；（2）用細(xì)線將滑塊A和B連接，使A和B間的彈簧處于壓縮狀態(tài)，滑塊B緊靠在桌邊緣；（3）剪斷細(xì)線，測(cè)出滑塊B做平拋運(yùn)動(dòng)落地時(shí)的水平位移為X1，滑塊A沿桌面滑行的距離為X2。為探究碰撞中的不變量，寫(xiě)出還需測(cè)量的