第一章碰撞與動(dòng)量守恒1碰撞

1/49一、碰撞現(xiàn)象1.碰撞:做相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)(或幾個(gè))物體相遇而發(fā)生_________,在很短時(shí)間內(nèi),它們_________會(huì)發(fā)生顯著改變過(guò)程。2.實(shí)例:擊球、子彈中靶、重物墜地等。相互作用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2/49二、探究碰撞前后物體動(dòng)能改變1.試驗(yàn)裝置:_________,數(shù)字計(jì)時(shí)器,導(dǎo)軌上附有滑片和_______、滑塊上裝有_______和彈簧片。氣墊導(dǎo)軌光電門擋光條3/492.探究過(guò)程:4/49(1)先用_____分別測(cè)出帶彈簧片滑塊1、滑塊2質(zhì)量m1、m2,然后用手推進(jìn)滑塊1使其取得初速度v1,與靜止滑塊2相碰(相碰時(shí),兩彈簧片要_____),測(cè)定碰撞前、后兩滑塊_________,算出相關(guān)數(shù)據(jù),填入表中。天平正對(duì)速度大小5/49(2)再換用不帶彈簧片兩滑塊按照上面步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù),填入表中。(3)將滑塊上彈簧片換成_______,用_____分別測(cè)出滑塊1、滑塊2質(zhì)量;使有橡皮泥兩端_____,讓滑塊1與滑塊2相碰,測(cè)算出相關(guān)數(shù)據(jù),并填入表中。橡皮泥天平正對(duì)6/49碰撞前、后動(dòng)能計(jì)算7/49三、碰撞分類(1)彈性碰撞:碰撞前后總動(dòng)能_____碰撞。(2)非彈性碰撞:碰撞后總動(dòng)能_____碰撞。(3)完全非彈性碰撞:兩物體碰撞后粘在一起,以相同_____運(yùn)動(dòng)碰撞。不變降低速度8/49知識(shí)點(diǎn)一、探究碰撞中不變量和動(dòng)能改變思索探究:1.利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),應(yīng)注意什么問題?2.怎樣計(jì)算滑塊經(jīng)過(guò)光電門速度。9/49【歸納總結(jié)】1.試驗(yàn)原理:(1)一維碰撞:兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)碰撞。10/49(2)探究碰撞中不變量和動(dòng)能改變:在一維碰撞情況下,設(shè)兩個(gè)物體質(zhì)量分別為m1、m2,碰撞前速度分別為v1、v2,假如速度方向與我們要求方向一致取正值,相反取負(fù)值,依次探究以下關(guān)系是否成立:11/49①m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′②m1+m2=m1v1′2+m2v2′212/49(3)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì):方案一:用氣墊導(dǎo)軌完成兩個(gè)滑塊一維碰撞試驗(yàn)裝置如圖所表示。不一樣質(zhì)量能夠經(jīng)過(guò)在滑塊上加重物方法實(shí)現(xiàn)。13/49①質(zhì)量測(cè)量:用天平測(cè)量。②速度測(cè)量:v=,式中Δx為滑塊上擋光板寬度,Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)顯示器顯示滑塊擋板經(jīng)過(guò)光電門時(shí)間。③各種碰撞情景:滑塊上裝彈性片、貼膠布或橡皮泥等,到達(dá)碰撞后彈開或粘在一起效果。14/49a.在兩滑塊相碰端面裝上彈性碰撞架(如圖甲),能夠得到能量損失很小碰撞;b.在滑塊碰撞端貼膠布,能夠增大碰撞時(shí)能量損失;c.在兩個(gè)滑塊碰撞端分別裝撞針和橡皮泥,碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,把兩個(gè)滑塊連接成一體運(yùn)動(dòng)(圖乙),這么碰撞中能量損失很大。15/4916/49方案二:利用小車在光滑桌面碰撞另一個(gè)靜止小車實(shí)現(xiàn)一維碰撞情況17/49靜止小車上裝上橡皮泥,運(yùn)動(dòng)小車上裝上撞針,讓它們碰撞后粘在一起。①質(zhì)量測(cè)量:用天平測(cè)量。②利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器統(tǒng)計(jì)小車碰撞前后運(yùn)動(dòng)情況,依據(jù)紙帶上點(diǎn)跡求速度。18/492.試驗(yàn)過(guò)程:(1)用天平測(cè)量相關(guān)碰撞物體質(zhì)量m1、m2,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好表格中。(2)安裝試驗(yàn)裝置。(3)使物體發(fā)生碰撞。(4)測(cè)量或讀出碰撞前后相關(guān)物理量,計(jì)算對(duì)應(yīng)速度,填入預(yù)先設(shè)計(jì)好表格中。19/49(5)改變碰撞條件,重復(fù)步驟(3)、(4)。(6)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,經(jīng)過(guò)分析比較,得出碰撞中“不變量”和動(dòng)能改變量。(7)整理器材,結(jié)束試驗(yàn)。20/49試驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用表格:碰撞前碰撞后質(zhì)量m/kgm1m2m1m2速度v/(m·s-1)v1v2v′1v′2mv/(kg·m·s-1)m1v1+m2v2m1v′1+m2v′221/49碰撞前碰撞后mv2/(kg·m2·s-2)/(m·s-1·kg-1)其它可能猜測(cè)試驗(yàn)得出結(jié)論22/49【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差:(1)碰撞是否為一維碰撞,設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案時(shí)應(yīng)確保碰撞為一維碰撞。(2)碰撞中其它力(比如,摩擦力、空氣阻力等)影響帶來(lái)誤差。試驗(yàn)中要合理控制試驗(yàn)條件,防止去碰撞時(shí)相互作用力外其它力影響物體速度。23/492.偶然誤差:測(cè)量和讀數(shù)準(zhǔn)確性帶來(lái)誤差,試驗(yàn)中應(yīng)規(guī)范測(cè)量和讀數(shù),同時(shí)增加測(cè)量次數(shù),取平均值,盡可能減小偶然誤差影響。24/49【注意事項(xiàng)】1.前提條件:應(yīng)確保碰撞兩物體發(fā)生是一維碰撞,即兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng),碰撞后仍沿同一直線運(yùn)動(dòng)。25/492.方案提醒:(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行試驗(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)若利用擺球進(jìn)行試驗(yàn),兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上,且剛好接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi)。3.探究結(jié)論:尋找不變量必須在各種碰撞情況下都不改變,才符合要求。26/49【典例探究】【典例】某同學(xué)利用以下試驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)了一個(gè)碰撞試驗(yàn)來(lái)尋找碰撞前后不變量:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源(頻率為50Hz)、紙帶、表面光滑長(zhǎng)木板、帶撞針小車A、帶橡皮泥小車B、天平。27/49該同學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟以下:A.用天平測(cè)出小車A質(zhì)量為mA=0.4kg,小車B質(zhì)量為mB=0.2kgB.更換紙帶重復(fù)操作三次C.小車A靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置,在車后固定紙帶,把小車B放在長(zhǎng)木板中間D.把長(zhǎng)木板平放在桌面上,在一端固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,連接電源28/49E.接通電源,并給小車A一定初速度vA(1)請(qǐng)將以上步驟按操作先后次序排列出來(lái)________。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶中,比較理想一條如圖所表示,依據(jù)這些數(shù)據(jù)完成下表。29/49碰撞前碰撞后A車B車AB整體質(zhì)量/kg速度/(m·s-1)/(m·s-1·kg-1)mv/(kg·m·s-1)mv2/(kg·m2·s-2)30/49(3)依據(jù)以上數(shù)據(jù)猜測(cè)碰撞前后不變量表示式為_____________________。31/49【正確解答】(1)按照先安裝,后試驗(yàn),最終重復(fù)次序,該同學(xué)正確試驗(yàn)步驟為ADCEB。(2)碰撞前后均為勻速直線運(yùn)動(dòng),由紙帶上點(diǎn)跡分布求出速度。碰后小車A、B合為一體,求出AB整體共同速度。注意打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz,打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,經(jīng)過(guò)計(jì)算得下表。32/49碰撞前碰撞后A車B車AB整體質(zhì)量/kg0.40.20.6速度/(m·s-1)3.002.0/(m·s-1·kg-1)7.503.3mv/(kg·m·s-1)1.201.2mv2/(kg·m2·s-2)3.602.433/49(3)由表中數(shù)值可看出mv一行中數(shù)值相同,可猜測(cè)碰撞前后不變量表示式為mAvA+mBvB=(mA+mB)v。答案:(1)ADCEB

(2)見正確解答(3)mAvA+mBvB=(mA+mB)v34/49【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】用天平、氣墊導(dǎo)軌(帶光電計(jì)時(shí)器和兩個(gè)滑塊)探究物體間發(fā)生相互作用時(shí)不變量,本試驗(yàn)可用自動(dòng)攝影機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(閃光頻率為10Hz),步驟方法以下:35/49(1)用天平稱出兩滑塊質(zhì)量mA=0.10kg,mB=0.20kg,放在水平氣墊上(導(dǎo)軌上標(biāo)尺最小分度為1cm,滑塊可看作質(zhì)點(diǎn))。(2)碰撞前后連續(xù)三次閃光拍照得到圖中a、b、c所表示照片。請(qǐng)你依據(jù)圖示數(shù)據(jù)探究物體間發(fā)生相互作用時(shí)不變量。36/49【解析】由題圖a、b可確定A速度為

=0.6m/s則mAvA=0.1×0.6kg·m/s=6×10-2kg·m/s從題圖b、c看出滑塊A與B靠近到發(fā)生碰撞需t2=s=2.5×10-2s37/49所以A與B碰后回到7.0cm位置,歷時(shí)t2′=(0.1-2.5×10-2)s=7.5×10-2s所以,求出vA′=m/s=-0.2m/svB′=m/s=0.4m/s38/49所以碰撞后:mAvA′+mBvB′=6×10-2kg·m/s由以上計(jì)算可得:mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′答案:mAvA+mBvB=mAvA′+mBvB′39/49【賠償訓(xùn)練】(多項(xiàng)選擇)用如圖所表示裝置探究碰撞中不變量時(shí),必須注意事項(xiàng)是(

)A.A抵達(dá)最低點(diǎn)時(shí),兩球球心連線能夠不水平B.A抵達(dá)最低點(diǎn)時(shí),兩球球心連線要水平C.屢次測(cè)量減小誤差時(shí),A球必須從同一高度下落D.屢次測(cè)量減小誤差時(shí),A球必須從不一樣高度下落40/4941/49【解析】選B、C。本題考查了探究碰撞過(guò)程中不變量,意在考查學(xué)生了解能力。要確保一維對(duì)心碰撞,必須在碰撞時(shí)球心在同一高度;屢次測(cè)量求平均值,必須確保過(guò)程重復(fù)性,A球必須從同一高度下落。故選項(xiàng)B、C正確,A、D錯(cuò)誤。42/49知識(shí)點(diǎn)二、碰撞分類思索探究:依據(jù)上述試驗(yàn)中系統(tǒng)動(dòng)能改變情況請(qǐng)思索:(1)碰撞可分為哪幾個(gè)情況?(2)不一樣碰撞中動(dòng)能改變情況有什么不一樣?43/49【歸納總結(jié)】碰撞過(guò)程特點(diǎn):(1)時(shí)間特點(diǎn):碰撞現(xiàn)象中,相互作用時(shí)間極短,相對(duì)物體全過(guò)程可忽略不計(jì)。(2)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):在碰撞過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,各物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著改變。44/49(3)位移特點(diǎn):在碰撞過(guò)程中,因?yàn)樵跇O短時(shí)間內(nèi)物體速度發(fā)生突變,物體發(fā)生位移極小,可認(rèn)為碰撞前后物體處于同一位置。(4)能量特點(diǎn):彈性碰撞前后系統(tǒng)動(dòng)能不變,非彈性碰撞前后系統(tǒng)總動(dòng)能降低,完全非彈性碰撞前后系統(tǒng)降低動(dòng)能最多。45/49【典例探究】【典例】以下物體發(fā)生碰撞屬于彈性碰撞是(

)A.鋼球A與鋼球BB.鋼球A與橡皮泥球BC.橡皮泥球A與橡皮泥球BD.木球A與鋼球B46/49【解析】選A。鋼球A與鋼球B發(fā)生碰撞,形變能夠恢復(fù),屬于彈性碰撞,A對(duì);鋼球A與橡皮泥球B、橡皮泥球A與橡皮泥球B碰撞,形變不能恢復(fù),即碰后粘在一起,是完全非彈性碰撞,B、C錯(cuò);