实验：探究碰撞中的不变量2页

1
16.1 实验：探究碰撞中的不变量
第一课时
物理组 吴斯菡
2007 年 7 月
[目的要求]
通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系开始寻找，利用
身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。
[重难点分析]
一、重点
本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。如何真正实现探究的过程。
二、难点
本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行设计可行性较强
的实验方案。
[新课教学]
一、新课引入
碰撞是自然界中常见的现象。比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相连，台球由于两
球的碰撞而改变运动状态。两个迎面而来的人相撞后会相仰而倒，或者各自后退。在微观粒
子之间，更是由于相互碰撞而改变能量，甚至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。
二、新课教学
由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化
也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？这节课主要介绍研究这个问题的
实验。
（一）实验的基本思路
研究最简单的情况——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。这
种碰撞叫做一维碰撞。
思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？
（学生答：质量 m，速度 v）
为什么与质量 m 有关？
（学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢）
设两物体质量分别为 m1、m2，碰撞前速度分别为 v1、v2，碰撞后速度分别为 、 。速
度为矢量，因而需规定正方向。
问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？
质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状态。而速度却是在
碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度的某种关系，却又恰好能在碰撞前
后保持不变呢？
可能关系：
①
→这个关系不可能。碰撞前后能量必有损失，只是多少的问题。而我们要寻找的物
1v′ 2v′
2
22
2
11
2
22
2
11 2
1
2
1
2
1
2
1
vmvmvmvm ′+′=+

2
理量是在任何一种碰撞中都不变的量。
②
③
④
……
m、v 组成的关系有很多种可能，因而需要通过实验来寻找。
（二）学生阅读课本参考案例一、二、三，思考并回答以下问题。
1、要完成这个实验，首要必须考虑的问题是什么？案例中如何实现这一条件？
（首要必须保证碰撞是一维的，即必须保证两物体在碰撞前后均沿同一直线运动。可采
用气垫导轨、光滑平板等）
2、该实验必须测量什么物理量？
（物体的质量 m、物体碰撞前后的速度 v）
3、如何测量这些物理量？
（质量的测量：天平、弹簧秤等
速度的测量：光电计时装置、打点计时器等）
4、物体的质量是否一定得测量出来？
（不一定。可以使用多个完全一样的物体，组成质量比确定的关系即可）
5、除了案例介绍的方法，还有什么方法可以测量速度？
（粗略测量时，可以采用刻度尺测量位移、秒表测量时间来求出速度等）
6、记录数据的表格如何设计？
（三）要求学生再次研究课本介绍的案例，思考归纳课本案例中的优点与缺点？
（包括可操作性以及误差来源）
（四）要求学生自行设计可行性的实验方案
（例如：利用平抛运动原理，利用斜面等）
（五）补充说明：实验中还需注意两点：
1、碰撞不单止两个物体相碰，原来连在一起的两个物体，由于具有相互排斥的力而分开，
也是一种碰撞。
例如：用细线将弹簧片拉成弓形，连接两个物体，在某一时刻将细线烧断，两物体运动；
炮弹爆炸成速度不同的碎片等。
2、碰撞时难免有能量损失，只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不
变，则才是我们寻找的不变量。
能量损失较小：即使得碰撞接近弹性碰撞，可在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架
能量损失较大：可在滑块的碰撞端面贴胶布，可增大。或者在两个滑块端分别装上撞针
和橡皮泥等。
（六）布置课后自行阅读学生实验手册实验，下节课进行学生实验。
三、课堂练习
课本 P6 问题与练习 2
22112211 vmvmvmvm ′+′=+
2
2
1
1
2
2
1
1
v
m
v
m
v
m
v
m
′
+
′
=+
2
2
1
1
2
2
1
1
m
v
m
v
m
v
m
v ′
+
′
=+