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第 1节 碰__撞
(对应学生用书页码 P1)
一、碰撞现象
1. 碰撞
做相对运动的两个 (或几个 )物体相遇而发生相互作用,运动状态发生改变的过程。
2. 碰撞特点
(1)时间特点:在碰撞过程中,相互作用时间很短。
(2)相互作用力特点:在碰撞过程中,相互作用力远远大于外力。
位移特点:在碰撞过程中,物体发生速度突变时,位移极小,可认为物体在碰撞前后仍在同一位置。
试列举几种常见的碰撞过程。
提示: 棒球运动中,击球过程;子弹射中靶子的过程;重物坠地过程等。
二、用气垫导轨探究碰撞中动能的变化
1. 实验器材
气垫导轨,数字计时器、滑块和光电门,挡光条和弹簧片等。
2. 探究过程
(1)滑块质量的测量仪器:天平。
(2)滑块速度的测量仪器:挡光条及光电门。
(3)数据记录及分析,碰撞前、后动能的计算。
三、碰撞的分类
1. 按碰撞过程中机械能是否损失分为:
(1)弹性碰撞: 碰撞过程中动能不变, 即碰撞前后系统的总动能相等, Ek1+ Ek2= Ek1′+
Ek2 ′。
非弹性碰撞:碰撞过程中有动能损失,即动能不守恒,碰撞后系统的总动能小于碰撞前系统的总动能。
Ek1′+ Ek2 ′< Ek1 +Ek2。
完全非弹性碰撞:碰撞后两物体黏合在一起,具有相同的速度,这种碰撞动能损失
最大。
2. 按碰撞前后,物体的运动方向是否沿同一条直线可分为:
(1)对心碰撞 (正碰 ) :碰撞前后,物体的运动方向沿同一条直线。
非对心碰撞 (斜碰 ):碰撞前后,物体的运动方向不在同一直线上。( 高中阶段只研究
正碰 )。
(对应学生用书页码 P1)
探究一维碰撞中的不变量
1.探究方案
方案一:利用气垫导轨实现一维碰撞
(1)质量的测量:用天平测量。
x
x 为滑块 (挡光片 )的宽度, t 为数字计时器显示的滑块
(挡
(2)速度的测量: v= t ,式中
光片 )经过光电门的时间。
各种碰撞情景的实现:利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞,利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。
方案二:利用等长悬线悬挂等大小球实现一维碰撞
(1)质量的测量:用天平测量。
速度的测量:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度。
(3)
不同碰撞情况的实现:用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。
方案三:利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。
(1)
质量的测量:用天平测量。
(2)
x, x 是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量。
t 为小车
速度的测量: v= t
经过
x 所用的时间,可由打点间隔算出。
2. 实验器材
方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块 ( 两个 )、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶
布、撞针、橡皮泥。
方案二:带细线的摆球 (两套 )、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。
方案三:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车 (两个 )、天平、撞针、橡皮泥。
3. 实验步骤
不论采用哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下:
(1)用天平测相关质量。
(2)安装实验装置。
(3)使物体发生碰撞。
(4)测量或读出相关物理量,计算有关速度。
(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,找出碰撞中的守恒量。
(7)整理器材,结束实验。
4. 数据处理
为了探究碰撞中的不变量,将实验中测得的物理量填入如下表格
碰撞前 碰撞后
m1 m2 m1 m2
质量
速度
v1 v2 v1′ v2′
m1
v
1+ m2 2
m1
v
1′+ m2 2′
v
v
mv
m1
2
2
2
2
2
v
1
+ m2 2
m1 1′ + m2 2′
v
v
v
mv
v v1/m1+ v2/m2 v1′ /m1+ v2′ /m2
m
经过验证后可知, 在误差允许的范围内, 碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积,
即 m1v1+ m2v2=m1v1′+ m2v2′。
1.如图 1-1-1 所示为用气垫导轨实验探究碰撞中的不变量的实验装置,遮光片
D 在运
动过程中的遮光时间
t 被光电计时器自动记录下来。在某次实验中,滑块
1和滑块 2质量
分别为 m1= 0.240 kg 、 m2= 0.220 kg ,滑块 1 运动起来,向着静止的导轨上的滑块
2 撞去,
碰撞之前滑块
1 的挡光片经过光电门时, 光电计时器自动记录下来的时间
t= 110.7 ms。碰
撞之后,滑块
1 和滑块
2 粘连在一起,挡光片通过光电门的时间
t′= 214.3 ms,已知两滑
块上的挡光板的宽度都是
x= 3 cm,问:
图 1-1-1
(1)碰撞前后两滑块各自的质量
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