第一章碰撞与动量守恒1.1碰撞:49张PPT

课件49张PPT。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:①m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
②m1 +m2 =m1v1′2+m2v2′2(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。①质量的测量:用天平测量。
②速度的测量:v= ,式中的Δx为滑块上挡光板的宽
度,Δt为数字计时显示器显示的滑块挡板经过光电门
的时间。
③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。
①质量的测量:用天平测量。
②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=0.2kg
B.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0.02 s,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=0.1×0.6kg·m/s=6×10-2kg·m/s
从题图b、c看出滑块A与B靠近到发生碰撞需
t2= s=2.5×10-2s所以A与B碰后回到7.0cm位置,历时
t2′=(0.1-2.5×10-2)s=7.5×10-2s
因此,求出
vA′= m/s=-0.2m/s
vB′= m/s=0.4m/s所以碰撞后:
mAvA′+mBvB′=6×10-2kg·m/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B
B.钢球A与橡皮泥球B
C.橡皮泥球A与橡皮泥球B
D.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。