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第一章碰撞与动量守恒1碰撞,一、碰撞现象1.碰撞:做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生_,在很短的时间内,它们的_会发生显著变化的过程。2.实例:击球、子弹中靶、重物坠地等。,相互作用,运动状态,二、探究碰撞前后物体动能的变化1.实验装置:_,数字计时器,导轨上附有滑片和_、滑块上装有_和弹簧片。,气垫导轨,光电门,挡光条,2.探究过程:,(1)先用_分别测出带弹簧片的滑块1、滑块2的质量m1、m2,然后用手推动滑块1使其获得初速度v1,与静止的滑块2相碰(相碰时,两弹簧片要_),测定碰撞前、后两滑块的_,算出相关数据,填入表中。,天平,正对,速度大小,(2)再换用不带弹簧片的两滑块按照上面的步骤进行实验,并读取实验数据,填入表中。(3)将滑块上的弹簧片换成_,用_分别测出滑块1、滑块2的质量;使有橡皮泥的两端_,让滑块1与滑块2相碰,测算出相关数据,并填入表中。,橡皮泥,天平,正对,碰撞前、后动能的计算,三、碰撞的分类(1)弹性碰撞:碰撞前后的总动能_的碰撞。(2)非弹性碰撞:碰撞后的总动能_的碰撞。(3)完全非弹性碰撞:两物体碰撞后粘在一起,以相同的_运动的碰撞。,不变,减少,速度,知识点一、探究碰撞中的不变量和动能变化思考探究:1.利用气垫导轨进行实验时,应注意什么问题?2.如何计算滑块通过光电门的速度。,【归纳总结】1.实验原理:(1)一维碰撞:两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动的碰撞。,(2)探究碰撞中的不变量和动能变化:在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,如果速度的方向与我们规定的方向一致取正值,相反取负值,依次探究以下关系是否成立:,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2m1+m2=m1v12+m2v22,(3)实验方案设计:方案一:用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示。不同的质量可以通过在滑块上加重物的办法实现。,质量的测量:用天平测量。速度的测量:v=,式中的x为滑块上挡光板的宽度,t为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门的时间。各种碰撞情景:滑块上装弹性片、贴胶布或橡皮泥等,达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。,a.在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(如图甲),可以得到能量损失很小的碰撞;b.在滑块的碰撞端贴胶布,可以增大碰撞时的能量损失;c.在两个滑块的碰撞端分别装撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连接成一体运动(图乙),这样的碰撞中能量损失很大。,方案二:利用小车在光滑桌面碰撞另一个静止的小车实现一维碰撞情况,静止的小车上装上橡皮泥,运动的小车上装上撞针,让它们碰撞后粘在一起。质量的测量:用天平测量。利用打点计时器记录小车碰撞前后的运动情况,根据纸带上的点迹求速度。,2.实验过程:(1)用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2,填入预先设计好的表格中。(2)安装实验装置。(3)使物体发生碰撞。(4)测量或读出碰撞前后相关的物理量,计算对应的速度,填入预先设计好的表格中。,(5)改变碰撞条件,重复步骤(3)、(4)。(6)进行数据处理,通过分析比较,得出碰撞中的“不变量”和动能变化量。(7)整理器材,结束实验。,实验中记录数据用的表格:,【误差分析】1.系统误差:(1)碰撞是否为一维碰撞,设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。(2)碰撞中其他力(例如,摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。,2.偶然误差:测量和读数的准确性带来的误差,实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减小偶然误差的影响。,【注意事项】1.前提条件:应保证碰撞的两物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动。,2.方案提醒:(1)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内。3.探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变,才符合要求。,【典例探究】【典例】某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验来寻找碰撞前后的不变量:打点计时器、低压交流电源(频率为50Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平。,该同学设计的实验步骤如下:A.用天平测出小车A的质量为mA=0.4kg,小车B的质量为mB=0.2kgB.更换纸带重复操作三次C.小车A靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车B放在长木板中间D.把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源,E.接通电源,并给小车A一定的初速度vA(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来_。(2)打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据完成下表。,(3)根据以上数据猜想碰撞前后不变量的表达式为_。,【正确解答】(1)按照先安装,后实验,最后重复的顺序,该同学正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动,由纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体,求出AB整体的共同速度。注意打点计时器的频率为50Hz,打点时间间隔为0.02s,通过计算得下表。,(3)由表中数值可看出mv一行中数值相同,可猜想碰撞前后不变量的表达式为mAvA+mBvB=(mA+mB)v。答案:(1)ADCEB(2)见正确解答(3)mAvA+mBvB=(mA+mB)v,【过关训练】用天平、气垫导轨(带光电计时器和两个滑块)探究物体间发生相互作用时的不变量,本实验可用自动照相机代替打点计时器(闪光频率为10Hz),步骤方法如下:,(1)用天平称出两滑块的质量mA=0.10kg,mB=0.20kg,放在水平的气垫上(导轨上标尺的最小分度为1cm,滑块可看作质点)。(2)碰撞前后连续三次闪光拍照得到图中a、b、c所示的照片。请你根据图示数据探究物体间发生相互作用时的不变量。,【解析】由题图a、b可确定A的速度为=0.6m/s则mAvA=0.10.6kgm/s=610-2kgm/s从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需t2=s=2.510-2s,所以A与B碰后回到7.0cm位置,历时t2=(0.1-2.510-2)s=7.510-2s因此,求出vA=m/s=-0.2m/svB=m/s=0.4m/s,所以碰撞后:mAvA+mBvB=610-2kgm/s由以上计算可得:mAvA+mBvB=mAvA+mBvB答案:mAvA+mBvB=mAvA+mBvB,【补偿训练】(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时,必须注意的事项是()A.A到达最低点时,两球的球心连线可以不水平B.A到达最低点时,两球的球心连线要水平C.多次测量减小误差时,A球必须从同一高度下落D.多次测量减小误差时,A球必须从不同高度下落,【解析】选B、C。本题考查了探究碰撞过程中的不变量,意在考查学生的理解能力。要保证一维对心碰撞,必须在碰撞时球心在同一高度;多次测量求平均值,必须保证过程的重复性,A球必须从同一高度下落。故选项B、C正确,A、D错误。,知识点二、碰撞的分类思考探究:根据上述实验中系统动能的变化情况请思考:(1)碰撞可分为哪几种情况?(2)不同碰撞中动能变化情况有什么不同?,【归纳总结】碰撞过程的特点:(1)时间特点:碰撞现象中,相互作用的时间极短,相对物体的全过程可忽略不计。(2)运动特点:在碰撞过程中,系统的内力远大于外力,各物体的运动状态发生显著变化。,(3)位移特点:在碰撞过程中,由于在极短的时间内物体的速度发生突变,物体发生的位移极小,可认为碰撞前后物体处于同一位置。(4)能量的特点:弹性碰撞前后系统动能不变,非弹性碰撞前后系统总动能减少,完全非弹性碰撞前后系统减少的动能最多。,【典例探究】【典例】下列物体发生碰撞属于弹性碰撞的是()A.钢球A与钢球BB.钢球A与橡皮泥球BC.橡皮泥球A与橡皮泥球BD.木球A与钢球B,【解析】选A。钢球A与钢球B发生碰撞,形变能够恢复,属于弹性碰撞,A对;钢球A与橡皮泥球B、橡皮泥球A与橡皮泥球B碰撞,形变不能恢复,即碰后粘在一起,是完全非弹性碰撞,B、C错;木球A与钢球B碰撞,形变能够部分恢复,属于非弹性碰撞,D错。,【过关训练】(多选)两个物体发生碰撞()A.碰撞中一定产生了内能B.碰撞过程中,组成系统的动能可能不变C.碰撞过程中,系统的总动能可能增大D.碰撞过程中,系统的总动能可能减小,【解析】选B、D。若两物体发生弹性碰撞,系统的总动能不变;若发生的是非弹性碰撞,系统的总动能会减小,但无论如何,总动能不会增加。所以正确选项为B、D。,
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