第1节实验：探究碰撞中的不变量[目标早知道]浙江选考·学习要求知识内容考试要求1.动量和动量定理加试c2.动量守恒定律加试c3.碰撞加试d4.反冲运动火箭加试b一、实验目的1．明确探究物体碰撞中的不变量的基本思路。2．探究一维碰撞中的不变量。二、实验原理1．探究思路(1)一维碰撞：两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。(2)追寻不变量：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，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，如果速度与规定的正方向一致，取正值，相反取负值。依次研究以下关系是否成立：①m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′；②m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2；③＋＝＋。探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量和计算碰撞前与碰撞后的速度v1、v2、v1′、v2′。2．实验方案方案一：利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞，两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。实验装置如图所示。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量。Δt为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出。这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况。方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞，实验装置如图所示。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。方案三：利用气垫导轨实现一维碰撞，实验装置如图所示。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：利用公式v＝，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门对应的时间。(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。(4)实验方法：①用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)；②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞；③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。方案四：利用斜槽实现两小球的一维碰撞，如图甲、乙所示。让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽前边小支柱上的另一质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间为时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1′＋m2s2′相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。(3)让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。三、实验器材方案一：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。方案二：带细线的小球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。方案三：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细线、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。方案四：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、螺旋测微器、圆规。四、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．用天平测量两物体的质量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．测量或读出相关物理量，计算有关速度，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，找出碰撞中的守恒量。7．整理器材。碰撞前碰撞后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′mv2(kg·m2·s－2)m1v12＋m2v22m1v...
