实验：探究碰撞中的不变量(1)4页

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探索碰撞中的不变量
——课堂设计
新课引入：
请大家回忆一个概念：什么叫力？力是物体和物体之间的相互作用。而有些物体间的
相互作用显得有些剧烈，那就是碰撞！碰撞是很常见的现象：大到宇宙空间天体之间、天
体飞行器之间的相互碰撞，小到微观粒子之间的碰撞。（显示图片）
回到我们生活的空间，我来给大家看几种碰撞：
演示实验：
演示：两个摆球在最低点的碰撞：1、质量大的撞击质量小的；2、质量小的撞击质量
大的；3、两个运动小球之间的对碰；4、质量相等的小球之间的碰撞。（玩具碰）
小结：不同情况下，相互碰撞的物体运动状态改变且改变情况不相同，那么在碰撞前后会
不会有什么物理量不变（就象自由落体过程中机械能不变一样）
引入：今天我们用最简单的碰撞来研究——两个物体的一维碰撞：碰撞前后两个物体都在
同一直线上运动。
在一维碰撞里面，质量不变，但它显然不是我们追求的不变量；速度变化了（考虑到
速度的矢量性，我们要选定一个正方向，如果速度和选定的正方向一致，取正值，否则取
负值）
问题：因为质量不同的时候，速度的变化情况也不一样，所以我们寻求的不变量应该和质
量相关、和速度相关，是什么呢？
猜想： 会不会是两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不变量？
即：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′成立
或者，各自的质量与自己速度的二次方的乘积之和是不变量？
即：m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2成立
或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和是不变量
即： 成立
或者……
我们的实验需要考虑的问题：
1、如何保证碰撞是一维的，保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；
2、如何测量物体的质量；（天平，弹簧秤）
3、怎样测量物体的速度。
4、数据表格：对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功
的关键所在。
给出参考表格，可自己设计更方便的表格。
2
'
2
1
'
1
2
2
1
1
m
v
m
v
m
v
m
v
+=+
幻
灯
片
幻灯片

2
研究方案一：运动的小球撞击静止的小球
1、质量的测量：天平；
2、保证一维碰撞：利用斜槽末
端水平槽控制小球做水平方
向运动；
3、速度的测量：由于入射球和
被碰小球碰撞前后均由同一
高度飞出做平抛运动，飞行
时间相等，若取飞行时间为
单位时间，则数值上可用水
平位移代替水平速度。
17g 和 2.5g
研究方案二：运动的小车撞击静止的小车后成为一个整体。
1、质量的测量：天平；
2、保证一维碰撞：四轮小车
在平板上运动
3、速度的测量：利用打点计
时器和跟随小车的纸带来测
量 小 车 的 速 度 。（ V1=
S10/10T，V/1=V/2= S/10/10T）
实验小结：
1、由于各种误差的存在，相对误差在 5%以内的，我们可以认为这两个值相等，由于我们
使用的方法、器材的局限，能在 10%以内也算可以了，但超过 20%以上的，一般就不认为
相等了。
2、提问：能小于 10%的是第几组物理量？征集：讨论的问题中，有相对差值小于 5%的。
3、展示成果：

3
得到结论：
在误差允许的范围内，从实验结果看，在各种碰撞的前后，系统“mv”之和是一个定
值；而系统“mv2”之和有的情况下是一个定值，而有时变化很大。
刚才大家所研究的都是一个运动的物体去碰一个静止的物体（弹性很不好的时候成为
一个整体，弹性比较的时候分开），那么如果两个物体都具有一定的初速度，刚才的结论
还成立吗？
研究方案三：气垫导轨上两个滑块的碰撞
1、质量的测量：弹簧秤；
2、保证一维碰撞：气垫导轨保证了两滑块
碰撞前后都在同一直线上
3、速度的测量：利用光电计时器计下挡光
片挡光的时间 t，再测出挡光片的长度 L，
可得滑块的速度 v=L/t。
4、实验操作：
1)有弹性圈
2）橡皮泥
3）碰后成为一整体
数据评点：
1、各时间的物理意义
2、有关速度的方向
3、每组数据三个比较
4、得出结论：（看时间可让学生讨论，得出结论）
结论：系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，所以我们给“mv”
一个名称叫动量 P。刚才的结论就是一个很重要的定律——动量守恒定律。这是个适用范
围比牛顿定律还要广的定律。它不仅仅适用于一维碰撞，还适用于二维、三维，多个物体
之间的作用，当然，它有一定的适用...