碰撞过程中冲量的研究终审稿)

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高中物理第1章碰撞与动量守恒1.1探究动量变化与冲量的关系教学设计沪科版选修3-5(2021年整理)

陕西省安康市石泉县高中物理第1章碰撞与动量守恒1.1 探究动量变化与冲量的关系教学设计沪科版选修3-5
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1.1 探究动量变化与冲量的关系。

高中物理第1章碰撞与动量守恒1.1探究动量变化与冲量的关系课件沪科版选修35

第二十八页，共33页。
【解析】由动能定理得mg(H＋h)＋Wf＝0，则Wf＝－mg(H＋h)，所以小球的机械能减少了mg(H＋h)，所以A、B选项均正确；小球自由落下至地面过程，机械能守恒，mgH＝12mv2，v＝ 2gH，落到地面上后又陷入泥潭中，由动量定理得 IG－If＝0－mv，所以If＝IG＋mv＝IG＋m 2gH，小球所受阻力的冲量大于 m 2gH，所以C选项正确；由动量定理知小球动量的改变量等于合外力的冲量，所以D选项错误；小球进入沙坑后做减速运动，故其下落总时间大于t＝
知
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1.1 探究动量变化与冲量的关系
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知
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识
评
点
二
第一页，共33页。
学习目标
1.理解动量的概念；知道动量和动量的变化量均为矢量；会计算一维情况下的动量的变化量.(重点) 2.知道冲量的概念，知道冲量是矢量.(重点) 3.理解动量定理的确切含义，掌握其表达式.(重点) 4.会用动量定理解释碰撞、缓冲等现象.(难点)
(3)因果关系：合外力的冲量是原因，物体动量的变化量是结果.冲量反映了力对时间的积累效应，与物体的初、末动量以及某一时刻的动量无必然联系.物体动量变化的方向与合力的冲量的方向相同，物体在某一时刻的动量方向与合力的冲量的方向无必然联系.
第二十四页，共33页。
2.动量定理的应用 (1)定性分析有关现象. ①物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大，反之力就越小. 例如，易碎物品包装箱内为防碎而放置碎纸、刨花、塑料泡沫等填充物. ②作用力一定时，力的作用时间越长，动量变化量越大，反之动量变化量就越小.例如，杂耍中，用铁锤猛击“气功师”身上的石板令其碎裂，作用时间很短，铁锤对石板的冲量很小，石板的动量几乎不变，“气功师”才不会受伤害.

高中物理动量定理在碰撞问题中的应用

高中物理动量定理在碰撞问题中的应用在高中物理的学习中，动量定理是一个非常重要的知识点，特别是在解决碰撞问题时，它具有广泛的应用。

动量定理揭示了物体在受到外力作用时，其动量的变化与外力的冲量之间的关系。

首先，让我们来回顾一下动量定理的基本内容。

动量定理表述为：合外力的冲量等于物体动量的变化量。

其数学表达式为：＄I ＝＼Delta p$ ，其中＄I$ 表示合外力的冲量，＄＼Delta p$ 表示动量的变化量。

冲量＄I$ 等于合外力＄F$ 与作用时间＄t$ 的乘积，即＄I ＝ Ft$ 。

动量＄p$ 则等于质量＄m$ 与速度＄v$ 的乘积，即＄p ＝ m v$ 。

在碰撞问题中，由于碰撞过程往往时间极短，相互作用力极大，我们很难直接去分析碰撞过程中力的变化情况。

但通过动量定理，我们可以绕过这个复杂的过程，直接关注碰撞前后物体动量的变化。

例如，当两个质量分别为＄m_1$ 和＄m_2$ ，速度分别为＄v_1$ 和＄v_2$ 的物体发生正碰时，假设碰撞后它们的速度分别变为＄v_1'＄和＄v_2'＄。

根据动量守恒定律，有＄m_1 v_1 ＋ m_2 v_2＝ m_1 v_1' ＋ m_2 v_2'＄。

但如果我们想进一步了解碰撞过程中的细节，比如碰撞时间、碰撞力的大小等，动量定理就发挥了重要作用。

假设碰撞时间为＄t$ ，那么对于物体 1 ，其受到的合外力的冲量为＄F_1 t$ ，根据动量定理，有＄F_1 t ＝ m_1 （v_1' v_1)＄；对于物体 2 ，同理有＄F_2 t ＝ m_2 （v_2' v_2)＄。

通过这些式子，我们可以计算出碰撞过程中平均作用力的大小。

比如，如果已知碰撞前后的速度以及碰撞时间，就可以求出碰撞过程中的平均作用力。

再来看一个实际的例子。

假设一辆质量为＄m_1$ 的汽车以速度＄v_1$ 行驶，与一辆静止的质量为＄m_2$ 的汽车发生碰撞，碰撞后两车结合在一起共同运动，速度为＄v$ 。

碰撞过程中冲量的研究

实验碰撞过程中冲量的研究两物体发生碰撞，在短暂的时间内速度有很大的变化。

由动力学基本原理可知，在碰撞的时间间隔内物体相互的作用力将非常大。

称这种在短暂时刻发生远大于普通力的力称为碰撞力。

碰撞可分为完全弹性碰撞，一般碰撞和完全非弹性碰撞。

碰撞力的冲量称为碰撞冲量，它是过程量，表述了对物体作用一段时间的积累效应，是改变物体机械运动状态的原因。

本实验采用动力学小车系统和传感器技术实现冲量的实时测量。

【实验目的】1、理解冲量的物理意义，掌握测量冲量的方法。

2、验证动量定理。

3、比较完全弹性碰撞、一般碰撞和完全非弹性碰撞过程中的冲量变化。

【实验仪器】计算机（含Datastudio 软件）、PACSO 物理实验组合仪、数据采集接口器。

【实验原理】当一个物体撞击到一个障碍物，随着撞击的发生作用到物体上的力会变化。

为了描述碰撞瞬间的作用，引入冲量的概念。

冲量I 是作用力F 在时间t 内的积累效果。

不是瞬时效果。

它描述的是作用力在一段时间内总的“作用”多大和方向。

I =∫III I(1)冲量取决于力和时间两个因素，较大的力在较短的时间内的积累效果，可以和较小的力在较长时间内的积累效果相同。

为了减小碰撞过程的冲击力，我们通常采用各种方法增大碰撞时间。

如较大的驾驶室空间，安全气囊，车内的安全带，弹性绳索，有弹性的安全网等。

物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受的力的冲量，这个关系叫做动量定理。

I=ΔP=II I−II I (2)其中m为物体的质量，Vi 和Vf分别为物体碰撞前后的物体的速度。

即冲量等于物体动量的改变量，不论是完全弹性碰撞、一般碰撞还是完全非弹性碰撞。

【仪器介绍】实验装置如图1所示。

1.20米的水平导轨的一端为运动传感器，用于测量动力学小车的运动情况，如小车的位移，速度和加速度随时间的变化。

导轨的另一端为力传感器，用于测量动力学小车碰撞过程中的受力情况。

力传感器的测力端有弹簧、磁体（和小车的磁体同极）、金属和橡皮泥，分别用于模拟完全弹性碰撞、一般碰撞和完全非弹性碰撞。

高考物理动量冲量精讲精练碰撞与动量守恒

碰撞与动量守恒一、碰撞1．概念：碰撞指的是物体间相互作用持续时间很短，物体间相互作用力很大的现象，在碰撞过程中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理碰撞问题．2．分类(1)弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能守恒，相互作用过程中遵循的规律是动量守恒和机械能守恒．(2)非弹性碰撞：在碰撞过程中机械能损失的碰撞，在相互作用过程中只遵循动量守恒定律．(3)完全非弹性碰撞：这种碰撞的特点是系统的机械能损失最大，作用后两物体粘合在一起，速度相等，相互作用过程中只遵循动量守恒定律．二、动量与能量的综合1．区别与联系：动量守恒定律和机械能守恒定律所研究的对象都是相互作用的物体所构成的系统，且研究的都是某一个物理过程．但两者守恒的条件不同：系统动量是否守恒，决定于系统所受合外力是否为零；而机械能是否守恒，决定于系统是否有除重力和弹簧弹力以外的力是否做功．2．表达式不同：动量守恒定律的表达式为矢量式，机械能守恒定律的表达式则是标量式，对功和能量只是代数和而已．对点自测1．判断正误(1)碰撞过程只满足动量守恒，不可能满足动能守恒(×)(2)发生弹性碰撞的两小球有可能交换速度(√)(3)完全非弹性碰撞不满足动量守恒(×)(4)无论哪种碰撞形式都满足动量守恒，而动能不会增加(√)(5)爆炸现象中因时间极短，内力远大于外力，系统动量守恒(√)(6)反冲运动中，动量守恒，动能也守恒(×)2． (多选)有关实际中的现象，下列说法正确的是( )A．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度B．体操运动员在着地时屈腿是为了减小地面对运动员的作用力C．用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减少反冲的影响D．为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度，发动机舱越坚固越好解析：选ABC.根据反冲运动的特点与应用可知，火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度．故A正确；体操运动员在落地的过程中，动量变化一定．由动量定理可知，运动员受的冲量I一定；由I＝Ft 可知，体操运动员在着地时屈腿是延长时间t，可以减小运动员所受到的平均冲力F，故B正确；用枪射击时子弹给枪身一个反作用力，会使枪身后退，影响射击的准确度，所以为了减少反冲的影响，用枪射击时要用肩部抵住枪身．故C正确；为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度，就要延长碰撞的时间，由I＝Ft可知位于车体前部的发动机舱不能太坚固．故D错误．3．甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动，甲、乙物体的速度大小分别为3 m/s和1 m/s；碰撞后甲、乙两物体都反向运动，速度大小均为2 m/s.甲、乙两物体质量之比为( )A．2∶3 B．2∶5C．3∶5 D．5∶3解析：选C.选取碰撞前甲物体的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有m甲v1－m乙v2＝－m甲v1′＋m乙v2′，代入数据，可得m甲∶m乙＝3∶5，C正确．二碰撞问题难点解析1．解析碰撞的三个依据(1)动量守恒：p1＋p2＝p1′＋p2′.(2)动能不增加：E k1＋E k2≥E k1′＋E k2′或p212m1＋p222m2≥p1′22m1＋p2′22m2.(3)速度要符合情景①如果碰前两物体同向运动，则后面的物体速度必大于前面物体的速度，即v后＞v前，否则无法实现碰撞．②碰撞后，原来在前面的物体速度一定增大，且速度大于或等于原来在后面的物体的速度，即v前′≥v后′.③如果碰前两物体是相向运动，则碰后两物体的运动方向不可能都不改变．除非两物体碰撞后速度均为零．2．碰撞问题的探究(1)弹性碰撞的求解求解：两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和动能守恒．以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例，则有m1v1＝m1v1′＋m2v2′1 2m1v21＝12m1v1′2＋12m2v2′2解得：v1′＝m1－m2v1m1＋m2，v2′＝2m1v1m1＋m2(2)弹性碰撞的结论①当两球质量相等时，v1′＝0，v2′＝v1，两球碰撞后交换了速度．②当质量大的球碰质量小的球时，v1′＞0，v2′＞0，碰撞后两球都沿速度v1的方向运动．③当质量小的球碰质量大的球时，v1′＜0，v2′＞0，碰撞后质量小的球被反弹回来．例题1 质量为m、速度为v的A球与质量为3m的静止B球发生正碰．碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后B球的速度可能有不同的值．碰撞后B球的速度大小可能是( ) A．0.6v B．0.4vC．0.2v D．v解析根据动量守恒得：mv ＝mv 1＋3mv 2，则当v 2＝0.6v 时，v 1＝－0.8v ，则碰撞后的总动能E′＝12m(－0.8v)2＋12×3m(0.6v)2＝1.72×12mv 2，大于碰撞前的总动能，由于碰撞过程中能量不增加，故选项A 错误；当v 2＝0.4v 时，v 1＝－0.2v ，则碰撞后的总动能为E′＝12m(－0.2v)2＋12×3m(0.4v)2＝0.52×12mv 2，小于碰撞前的总动能，故可能发生的是非弹性碰撞，选项B 正确；当v 2＝0.2v 时，v 1＝0.4v ，则碰撞后的A 球的速度大于B 球的速度，而两球碰撞，A 球不可能穿越B 球，故选项C 错误；当v 2＝v 时，v 1＝－2v ，则显然碰撞后的总动能远大于碰撞前的总动能，故选项D 错误．答案 B弹性碰撞问题的处理技巧(1)发生碰撞的物体间一般作用力很大，作用时间很短；各物体作用前后各自动量变化显著；物体在作用时间内位移可忽略．(2)即使碰撞过程中系统所受合外力不等于零，由于内力远大于外力，作用时间又很短，所以外力的作用可忽略，认为系统的动量是守恒的． (3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能，则系统碰后的总机械能不可能大于碰前系统的机械能．(4)在同一直线上的碰撞遵守一维动量守恒，通过规定正方向可将矢量运算转化为代数运算．不在同一直线上在同一平面内的碰撞，中学阶段一般不作计算要求．过关检测 1. 质量为m a ＝1 kg ，m b ＝2 kg 的小球在光滑的水平面上发生碰撞，碰撞前后两球的位移－时间图象如图所示，则可知碰撞属于( )A ．弹性碰撞B ．非弹性碰撞C ．完全非弹性碰撞D ．条件不足，不能确定解析：选A.由xt 图象知，碰撞前v a ＝3 m/s ，v b ＝0，碰撞后v a ′＝－1 m/s ，v b ′＝2 m/s ，碰撞前动能12m a v 2a ＋12m b v 2b ＝92 J ，碰撞后动能12m a v a ′2＋12m b v b ′2＝92J ，故机械能守恒；碰撞前动量m a v a ＋m b v b ＝3 kg·m/s，碰撞后动量m a v a ′＋m b v b ′＝3 kg·m/s，故动量守恒，所以碰撞属于弹性碰撞．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

实验：探究碰撞中动量的变化规律正式版

图7
(1)若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点．则应选________段来计算小车A的碰前速度，应选______段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)．
图8
(2)已测得小车A的质量mA＝0.40 kg，小车B的质量mB＝0.20 kg，由以上的测量结果可得：碰前两小车的总动量为______ kg·m/s，碰后两小车的总动量为______ kg·m/s.
实验设计
1．实验设计要考虑的问题
(1)如何保证碰撞前后两物体的速度在同一条直线上．
(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度．
2．实验案例：气垫导轨上的实验
实验器材有气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等．
气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光条、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样就大大减小了由摩擦产生的误差．
碰撞(烧断)后
质量m(kg)
m1
m2
m1
m2
速度v(m·s－1)
v1
v2
v1′
v2′
mv(kg·m·s－1)
m1v1＋m2v2
m1v1′＋m2v2′
结论
实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变
一、利用气垫导轨结合光电门的测量
例1 为了探究物体碰撞时动量变化的规律，实验最好在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用频闪摄像的方法每隔0.4秒的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略不计，如图6所示，已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，滑块A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动(以滑块以上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：

动量和冲量知识点(终审稿)

动量和冲量知识点文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-动量和冲量1、动量：①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。

②动量是物体机械运动的一种量度。

动量的表达式P=PP。

单位是kg.m/s.动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。

因为速度是相对的，所以动量也是相对的。

2、动量守恒定律：当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。

运用动量守恒定律要注意以下几个问题：①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义。

②动量守恒定律有广泛的应用范围。

只要系统不受外力或所受的合外力为零，那么系统内部各物体的相互作用，不论是万有引力、弹力、摩擦力，还是电力、磁力，动量守恒定律都适用。

系统内部各物体相互作用时，不论具有相同或相反的运动方向；在相互作用时不论是否直接接触；在相互作用后不论是粘在一起，还是分裂成碎块，动量守恒定律也都适用。

3、碰撞：两个物体相互作用时间极短，作用力又很大，其他作用相对很小，运动状态发生显着化的现象叫做碰撞。

以物体碰撞前后两物体总动能是否变化区分，可以分为：“弹性碰撞”。

碰撞前后物体系总动能守恒；“非弹性碰撞”，完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例，这种碰撞，物体在相碰后粘合在一起，动能损失最大。

4、反冲：一个物体在内力作用下分裂为两个部分，一部分向某一方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。

这个现象叫做反冲。

反冲遵循动量守恒定律。

5、冲量：力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。

冲量的表达式P=P?P单位为N.s 冲量是矢量，冲量的方向与力的方向相同。

6.动量定理：物体在一个过程始末的动量变化量P等于它在这个过程中所受合外力的冲量P①动量定理表达式：P=?P或P(P′−P)=P P′−PP或P‘−P=P②动量定理的理解：（1）动量定理是矢量式，合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同（2）动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。

1.1碰撞和冲量

巩固训练： ①试证明冲量的单位N·s与动量的单位kg·m/s是相同的 ②我们说物体的动量在变化，包括几种情况，举例说明
答案：
①动量与冲量的单位是相同的，即：1牛·秒 =1千克·米/秒．
②由于动量是矢量，所以只要物体的速度大小或方向发生变化，动量就一定发生变化．
例如做匀速直线运动的物体其动量是恒量，而做匀速圆周运动的物体，由于速度方向不断在改变，即使其动量大小不变，但因其方向不断改变，所以其动量是一变量．
三、动量的变化p
1、某段运动过程（或时间间隔）末状态的动量
p' 跟初状态的动量 p 的矢量差，称为动量的变
化,即
p = p' - p
2、动量变化的三种情况：
大小变化、方向变化或大小和方向都变化。
3、同一直线上动量变化的运算：
P
P′
P′
ΔP P′ P
P
P′
P′ ΔP
P′
ΔP
4、不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则：
v at F t
m
拓展分析：整理可得Ft=mv，由此我们得到：对于一个原来静止的物体（v0=0,m一定），要使它获
得某一速度，你可采用哪些方法
答：①可以用较大的力作用较短的时间； ②可以用较小的力作用较长的时间 .
一、冲量(I)
1、定义：力F和力的作用时间t的乘积Ft叫做力的冲量 2、表达式：通常用符号I来表示冲量，I=Ft
3、如果力F在t秒内水平向右，t秒后F大小不变，方向变为竖直向下，作用时间为2t秒，则力F在3t秒内的冲量如何计算？
注意矢量计算满足平行四边形定则
注意： 1、计算冲量时，要明确是哪个力在哪一段时
间内的冲量，此力的冲量与其它力无关。

动量和冲量的关系实验研究

01 探讨动量与冲量关系
深入原理研究
02 分析实验结果
数据验证结论
03 提出未来展望
指导后续研究
未来科研发展
机器学习
探索人工智能应用于动量研究
量子力学
开展微观探索为冲量理论提供新视角
太空探索
研究宇宙动力学拓展动量应用领域
91%
新能源
推动可再生能源减少动量不可持续消耗
感激之情
在本次研究中，感谢所有支持者和参与者的无私帮助与贡献，是你们的支持和合作让实验得以顺利进行，为科研工作增添了动力。我们将继续努力，探索更多关于动量和冲量的奥秘，为科学发展贡献自己的力量。
实验图片
实验仪器摆放示意图
展示实验中使用的仪器摆放示意
图
实验结果展示照片
展示实验取得的结果照片，加深
理解和印象
91%
实验过程中的照片记录
记录实验过程中的关键步骤和操
作照片
● 08
第八章致谢
感谢致辞
感谢实验参与者
支持科研工作
感谢同事
合作支持
91%
感谢指导老师
辛勤付出
实验研究意义
详细介绍动量和冲量的基本概念实例分析动量和冲量的关系
《物理学中的动量和冲量研究》
探讨动量和冲量在物理学中的重要性分析不同物理现象中动量和冲量的作用
《动量守恒定律及其应用》
阐述动量守恒定律的原理介绍动量守恒定律在工程和物理学中的应用
91%
学术论文
学术论文 "Investigation of Momentum and Impulse Relationship in Physics"讨论了物理学中动量与冲量的关系。"Application of Momentum and Impulse Theory in Engineering"解释了动量和冲量理论在工程中的应用。

碰撞过程中冲量的研究

实验碰撞过程中冲量的研究两物体发生碰撞，在短暂的时间内速度有很大的变化。

由动力学基本原理可知，在碰撞的时间间隔内物体相互的作用力将非常大。

称这种在短暂时刻发生远大于普通力的力称为碰撞力。

碰撞可分为完全弹性碰撞，一般碰撞和完全非弹性碰撞。

碰撞力的冲量称为碰撞冲量，它是过程量，表述了对物体作用一段时间的积累效应，是改变物体机械运动状态的原因。

本实验采用动力学小车系统和传感器技术实现冲量的实时测量。

【实验目的】1、理解冲量的物理意义，掌握测量冲量的方法。

2、验证动量定理。

3、比较完全弹性碰撞、一般碰撞和完全非弹性碰撞过程中的冲量变化。

【实验仪器】计算机（含Datastudio软件）、PACSO物理实验组合仪、数据采集接口器。

【实验原理】当一个物体撞击到一个障碍物，随着撞击的发生作用到物体上的力会变化。

为了描述碰撞瞬间的作用，引入冲量的概念。

冲量I是作用力F在时间t内的积累效果。

不是瞬时效果。

它描述的是作用力在一段时间内总的“作用”多大和方向。

(1)冲量取决于力和时间两个因素，较大的力在较短的时间内的积累效果，可以和较小的力在较长时间内的积累效果相同。

为了减小碰撞过程的冲击力，我们通常采用各种方法增大碰撞时间。

如较大的驾驶室空间，安全气囊，车内的安全带，弹性绳索，有弹性的安全网等。

物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受的力的冲量，这个关系叫做动量定理。

(2)其中m为物体的质量，V i和V f分别为物体碰撞前后的物体的速度。

即冲量等于物体动量的改变量，不论是完全弹性碰撞、一般碰撞还是完全非弹性碰撞。

【仪器介绍】实验装置如图1所示。

1.20米的水平导轨的一端为运动传感器，用于测量动力学小车的运动情况，如小车的位移，速度和加速度随时间的变化。

导轨的另一端为力传感器，用于测量动力学小车碰撞过程中的受力情况。

力传感器的测力端有弹簧、磁体（和小车的磁体同极）、金属和橡皮泥，分别用于模拟完全弹性碰撞、一般碰撞和完全非弹性碰撞。

碰撞过程中守恒定律的研究

4.1.2 碰撞过程中守恒定律的研究（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。

力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。

因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。

本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。

定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。

同时通过实验还可提高误差分析的能力。

实验原理如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即∑=恒量i i v m （1）实验中用两个质量分别为m 1、m 2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有2211202101v m v m v m v m +=+ （2）对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。

当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。

由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v 可改成标量v ，v 的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。

1．完全弹性碰撞完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即2211202101v m v m v m v m +=+ （3）222211*********1212121v m v m v m v m +=+ （4）由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为21202102112)(m m v m v m m v ++-= （5） 21101201222)(m m v m v m m v ++-=（6）如果v 20=0，则有2110211)(m m v m m v +-= （7） 2110122m m v m v +=（8）动量损失率为10122111010100)(v m v m v m v m p p p p p +-=-=∆ （9）能量损失率为21012222112101010021)2121(21v m v m v m v m E E E E E +-=-=∆ （10）理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因，不可能完全为零，但在一定误差范围内可认为是守恒的。

实验

实验：研究碰撞中的动量守恒审稿：李井军责编：代洪知识要点梳理实验原理碰撞是自然界中常见的现象，碰撞可能有很多情形。

例如，两个质量相等的物体相碰撞，两个质量相差悬殊的物体相碰撞，两个同一直线上运动的物体碰撞，两个不在一条直线上运动的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞……两个物体的质地不同，碰撞的情形也不一样。

例如两个物体碰撞时可能碰后分开，也可能粘在一起不再分开……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，这种碰撞叫一维碰撞。

要保证碰撞是一维的，首先要保证碰撞前两物体是在同一直线上运动，另外要保证物体碰撞时是对心碰撞。

在一维碰撞中与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度。

碰撞前后物体的质量是不变的，而速度在碰撞前后是变化的，则在物体的碰撞过程中，碰撞前后保持不变的物理量应与物体的质量和速度都有关。

质量可以用天平测量。

碰撞前后的速度可以通过光电计时器测量，或者通过打点计时器测量，也可以通过平抛运动的知识来测量，还可以通过机械能守恒的原理测量等等。

实验探究一、气垫导轨实验探究法探究思路利用气垫导轨能够很容易的保证两个滑块的碰撞是一维的，与之配套的光电计时装置可以迅速测量出两个滑块碰撞前后的速度。

不同的质量可以通过在滑块上加重物的办法来实现。

应用气垫导轨很容易控制滑块碰撞前后的速度或使它在碰撞前静止。

因此这个实验是本实验的首选。

注意：1、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，它才是我们寻找的不变量。

在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架，可以得到能量损失很小的碰撞。

在滑块的碰撞端面贴胶布，可以增大碰撞时的能量损失。

如果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，把两个滑块连接成一起运动，这样的碰撞中能量损失很大。

如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣，碰撞时它们也会连成一体。

2、原来连在一起的两个物体，由于它们之间具有相互排斥的力而分开，这实际上也是一种碰撞。