11探究碰撞中的不变量实验报告
实验探究碰撞中的不变量
不论采用哪种方案，试验过程均可按试验方案合理安排，参 照环节如下： 1. 用天平测有关质量； 2. 安装试验装置； 3. 使物体发生碰撞； 4. 测量或读出有关物理量，计算有关速度； 5. 变化碰撞条件，反复环节 3、4； 6. 进行数据处理，经过分析比较，找出碰撞中旳守恒量； 7. 整顿器材，结束试验。
1.531m√gL
1.553m√gL
1.4%
4、某同学用如图所示装置经过半径相同旳A、B两球旳碰撞来 探究碰撞过程中旳不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，实 验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到 位于水平地面旳统计纸上，留下痕迹，反复上述操作10次，
得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上接近槽末端旳地方，让A球仍 从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在统计纸上留下 各自旳落点痕迹，反复这种操作10次.图中O点是水平槽末端R在统计纸 上旳垂直投影点，B球落点痕迹如图所示，其中厘米刻度尺水平放置， 且平行于G、R、O所在旳平面，厘米刻度尺旳零点与O点对齐.
基本思绪 与物体运动有关旳物理量可能有哪些？ (一维碰撞) 碰撞前后哪个物理量可能是涉及多种情况旳碰撞
物体质量旳测量(天平)
碰撞前后物体速度旳测量(利用光电门或打点 计时器等)
1．试验数据旳处理
为了探究碰撞中旳不变量，将试验中测得旳物理 量填入如下表格，然后探究不变量。
m1 = 4
m2 = 4
v1 = 9
v2 = 0
m1v1 + m2v2 =
m1v12 + m2v22 = v1 v2 m1 m2
m1 = 4
m2 = 4
v1ʹ = 3
v2ʹ = 6
m1v1ʹ + m2v2ʹ =
实验：探究碰撞中的不变量
确定实验场地，确保实验过程中 不会受到外界干扰。
进行实验并记录数据
01
将小球从斜面释放，让其自由下落，与挡板发生碰 撞。
02
使用计时器和数据采集器记录小球下落的时间和碰 撞后的速度。
03
重复实验多次，以获取更准确的数据。
分析实验结果
对采集到的数据进行 整理和统计，计算平 均值和标准差。
详细描述
能量守恒定律是物理学中的基本定律之一，适用于碰撞过程。在碰撞过程中， 系统的总能量保持不变。如果碰撞过程中没有外力做功，系统的总能量保持不 变，不会因为碰撞而增加或减少。
03
实验步骤
准备实验器材
实验器材：小球、斜面、挡板、 尺子、计时器、数据采集器等。
实验前需对所有器材进行检查， 确保其完好无损，并按照实验要
掌握实验技巧
在实验操作过程中，我们学会了如何精确控制实 验条件，以及如何测量和记录实验数据。
3
培养探究精神
通过自主设计和实施实验，我们培养了发现问题、 分析问题和解决问题的能力，激发了对科学探究 的兴趣。
对实验的反思与改进建议
实验误差分析
实验数据处理
在实验过程中，可能存在一些测量误 差和操作误差，需要对这些误差进行 分析，并找出减小误差的方法。
应用研究
可以探索碰撞中的不变量在现实生活和工程中的应用， 例如在碰撞动力学、碰撞防护等领域的应用。
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误差分析
在实验过程中，可能存在一些误差，如测量误差、仪器误差等。为了减小误差对实验结果的影响，我们采用了高 精度的测量仪器和多次测量的方法，并对数据进行处理和分析。
05
实验总结与建议
实验：探究碰撞中的不变量
三、实验方案 方案1、利用气垫导轨结合光电门实现一维碰撞， 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＝Δx/Δt，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)碰撞情景的实现
如图所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞
v v1 v2 v （3） m1 m2 m1 m2
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的 运动状态，不是我们追寻的“不变量”． ②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们 追寻的不变量．
' v
' 2
2、实验条件的保证、实验数据的测量 a 、实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体 在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同 一直线运动; b 、用天平测量物体的质量； c 、测量两个物体在碰撞前后的速度；
实验：
实验：探究碰撞中的不变量
探究碰撞中的不变量
一、实验目的
1．明确探究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v′1、v′2，如果速度与我 们规定的正方向一致，取正值．相反取负值，依次 研究以下关系是否成立： （1）m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2； (2)m1v12＋m2v22＝m1v1′2＋m2v2′2；
3、若用打点计时器做实验,下列哪些操作是正确 的( BC ) A.相互作用的两小车上,一个装上撞针,一个装上 橡皮泥,是为了改变两车的质量 B.相互作用的两小车上,一个装上撞针,一个装上 橡皮泥,是为了碰撞后粘在一起 C.先接通打点计时器电源,再释放拖动纸带的小车 D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电 源
16.1_实验：探究碰撞中的不变量
v2
m1v1 + m2 v2
m1v12 + m2v22
碰撞后
m1
m2
v1'
v2'
m1 v1' + m2 v2'
m1v1' 2 + m2v2' 2
+
+
…
…
三、实验方案
方案1: 气垫导轨、光电计时器
如何保证滑块的碰撞是一维碰撞？ 气垫导轨 如何测量滑块碰撞前后的速度？ 光电计时器
方案2：摆球、量角器(或传感器)
mv m1v1+m2v2=
m1v1+m2v2=
mv2 m1v12+m2v22= v/m v1 v2
m1 m2
m1v12+m2v22=
v1 ' v2 ' m1 m2
实验记录及分析(轻物体撞重物体)
碰撞前
碰撞后
质量 m1= 2 速度 V1= 6
m2= 4 V2= 0
m1= 2 V1= -2
m2= 4 V2= 4
m2= 4 V2’= 6
mv m1v1+m2v2=
M1v’1+m2v’2=
mv2 m1v12+m2v22= v/m v1 v2
m1 m2
M1v’12+m2v’22=
v1 ' v2 ' m1 m2
实验记录及分析(a-2)
碰撞前
碰撞后
质量 m1= 4 速度 V1= 9
m2= 2 V2= 0
m1= 4 m2= 2 V1= 4.5 V2= 9
猜的速想运 度１动在状 碰：态撞，前m不后v是是我 变们 化m追 的寻 ，v 的 有什“么不m启变v示量 呢”？。m而 v
11探究碰撞中的不变量实验报告
结
v 1/ms-1 v /ms-1 v 2/ms-1 v /ms-1 m43;m 2)v
论
1
0.29 0.184
0
0.184
0.094 0
0.093
2
0.426 0.269
0
0.269 0.138
0
0.136
结论： 在误差允许的范围内，碰前系统动量矢量和等于碰后系统动量矢量和。
质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。速度在 碰撞前后是变化的……物体的质量与它的速度的乘积也在变化……
那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？
m1v1 + m2v2 = m1v1′+ m2v2′
？
或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？
实
m1v12 + m2v2 2 = m1v1′2 + m2v2′2
4在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥或双面胶与之碰撞这时光电计时器系统自动计算时间撞后两者粘在一起分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t及碰后两者的共同速度v
物理实验报告单（示例十一）
姓名
班级
实验台号
实验课题 （选修3-5,§16.1）探究碰撞中的不变量 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路。
实验目的 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。 3、掌握实验数据处理的方法。
（7）先根据v =l /t 计算滑块1碰撞前的速度v 1及碰后两者的共同速度v ；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰 撞前后的动量的矢量和。 骤 实验数据：
m 1=0.324kg m 2=0.181kg l =1.00×10-3m
及
“实验探究碰撞中的不变量”创新教学设计
“实验探究碰撞中的不变量”创新教学设计实验名称：探究碰撞中的不变量实验目的：通过实验探究碰撞中的动量和动能在碰撞前后的变化情况，探究碰撞中的不变量。
实验材料：1.弹性碰撞小车（或其他碰撞实验装置）2.直尺3.计时器4.实验记录表格实验步骤：1.将弹性碰撞小车放在光滑水平桌面上，用直尺测量小车的初始速度并记录。
2.在小车前方的其中一固定位置放置一障碍物，并记录小车和障碍物的相对位置。
3.推动小车，记录小车碰撞障碍物前的速度和碰撞后的速度。
4.通过计算和观察得出碰撞前后的动量和动能的变化情况。
5.填写实验记录表格，包括碰撞前后速度、动量和动能的数据。
6.反复进行实验，改变碰撞物体的质量、形状等条件，观察不同条件下碰撞中的不变量。
实验结果与分析：通过多次实验，我们得出了以下结论：1.动量守恒定律：在碰撞中，碰撞物体的总动量在碰撞前后保持不变。
2.动能守恒定律：在完全弹性碰撞中，碰撞前后物体的总动能保持不变；在非完全弹性碰撞中，动能可能会转化为其他形式的能量，但总能量依然守恒。
3.碰撞中的不变量：碰撞中的动量和动能是不变量，无论碰撞条件如何改变，总动量和总动能在碰撞前后保持不变。
实验结论：本实验通过探究碰撞中的动量和动能变化情况，揭示了碰撞中的不变量：动量和动能。
碰撞过程中，总动量和总动能是守恒的，即碰撞前后保持不变。
这一结论对于理解动量守恒和能量守恒定律具有重要意义，也对碰撞过程中能量转化和守恒规律有了深入的认识。
通过本实验，我深刻领悟了实验的重要性和理论与实践的结合。
希望通过实验这一形式，让学生在实践中学习，深入理解物理规律，并激发他们对科学的兴趣和探索精神。
愿学生们能在实验中收获知识，不断探索、发现和创新！。
实验：探究碰撞中的不变量2
1．实验：探究碰撞中的不变量一、教学目标：1、知识与技能（1）通过实验使学生了解到两个物体碰撞前后，它们各自的质量与自己速度的乘积之和是不变的（2）进一步熟悉气垫导轨和光电计时器的工作原理和使用方法2、过程与方法（1）体验用实验探究碰撞中的不变量的过程与方法（2）通过学生分组实验，亲自参与教学，增强学生的动手能力和实验能力3、情感态度与价值观（1）增强学生的协作意识（2）培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风二、教学重点、难点教学重点：探究碰撞中的不变量教学难点：寻找的不变量必须是在不同的碰撞情况下都不改变，因此要设计一种可行性较大的实验，探究普遍规律三、设计思路动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一，也是本章的重点，只有学生主动参与探究的全过程，成为学习的主体，才能激发学习的欲望。
在探究活动开始时，教师可以给学生创设一些问题情景，引导学生去发现问题，使学生产生探究的动机，通过自主探究，协作学习，使学生获得一定的感性认识，为以下的学习打好基础。
本节教学设计的基本过程如下：通过演示实验，观察两个小球碰撞前后运动的变化，引出思考，提出问题；学生分组讨论，设计实验方案，教师归纳指导；学生自主探究，协作学习，从实验数据中归纳出碰撞中的不变量；教师作适当点评和总结。
整个过程教师是一个引导者和参与者，引导学生交流讨论和实践，鼓励学生的创新精神，充分重视在学生的探究过程中情感、态度与价值观的培养，重视学生能力的培养。
四、教学资源1、学生实验器材：气垫导轨、光电门、挡光片、光电计时器、滑块、天平、弹簧圈、粘扣、、2、演示器材：铁架台、悬线两根，小钢球三个（其中两个质量相等，另一个质量相差较多）通过演示可以看到：。
16.1-探究碰撞中的不变量实验报告
16.1实验：探究碰撞中的不变量班级：小组成员：[实验目的]通过两球作对心碰撞后做平抛运动来验证动量守恒定律，理解利用“等效”观念简化实验测定的设计思想。
[实验原理]一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。
由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，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，只要分别测出两小球的质量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，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s1'和s2'，则可以根据实验数据的分析，来探究碰撞过程中的不变量。
[实验器材]平抛碰撞实验器（斜槽、重锤线）；钢质小球、玻璃小球、塑料小球（3个小球半径相同）；方格记录纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺。
[实验步骤]1.入射球与被碰球分别为钢质小球与玻璃小球，用天平分别测出两个小球的质量m1、m2。
用游标卡尺测量出小球的直径L。
2.固定方格记录纸和复写纸：把方格记录纸和复写纸叠放在一起（复写纸在外）平整地压到屏板上，方格记录纸竖直边和坐标格竖直边平行，用铁夹固定好方格记录纸与复写纸，铁夹固定的位置不能让小球运动中碰到。
3.调整屏板面，使之在竖直平面内：悬挂重锤线，通过底板三只调平螺栓的调整，使重锤线与屏板上的红色标线平行，从而达到屏板面与水平面竖直。
4.调整弧槽，使其末端保持水平：将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，调整斜槽下的螺钉，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，表明斜槽平直部分的末端处已水平。
以上两步反复调整。
5.确定坐标原点O：把小球放在槽口处，重按小球通过复写纸，就得到球心在板上的水平投影点O，O点即为坐标原点。
6. 先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，入射小球将沿着导轨凹槽滚下并被水平抛出，落在接球槽上，通过复写纸便在方格记录纸上留下痕点。
1 第1节 实验：探究碰撞中的不变量
三、实验步骤
第十六章 动量守恒定律
不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤
如下：
1．用天平测出相关质量．
2．安装实验装置．
3．使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速
度．
4．改变碰撞条件，重复实验．
5．通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量．
6．整理器材，结束实验．
第十六章 动量守恒定律
(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 v′1、v′2，如果速度与我们规定的正方向一致，取正值．相反取 负值，依次研究以下关系是否成立： ①m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2； ②m1v21＋m2v22＝m1v′2＋m2v′22； ③mv11＋mv22＝vm′11＋vm′22. 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、v′1、v′2.
第十六章 动量守恒定律
第 1 节 实验：探究碰撞中的不变量
第十六章 动量守恒定律
一、实验目的 1．明确探究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．
栏目 导引
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第十六章 动量守恒定律
(1)若实验中得到的一条纸带如图乙所示，测得各计数点之间的 距离已在图中标注，A 为运动起始的第一点，则应选________(选 填“AB”“BC”“CD”或“DE”)段来计算小车 A 碰撞前的速度，则 小车 A 碰撞前的速度为 vA＝________m/s；应选_______A、B 碰撞后的共同速 度，共同速度为 vAB＝________m/s.
1 实验：探究碰撞中的不变量
1 实验：探究碰撞中的不变量第十六章动量守恒定律 16.1 实验：探究碰撞中的不变量实验：碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，从生产、碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，从生产、生活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题-------碰撞活中的现象(包括实验现象)中提出研究的问题----碰撞前后是否有什么物理量保持不变？前后是否有什么物理量保持不变？从现象出发去发现隐藏在现象背后的自然规律。
在现象背后的自然规律。
P2演示演示 A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。
使B 是两个悬挂起来的钢球，、是两个悬挂起来的钢球质量相等。
球静止，拉起A球放开后A与碰撞碰撞，球静止，拉起球，放开后与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。
撞前后两球运动的变化。
换为质量相差较多的两个小球，两个小球，重做以上实验通过演示实验的结果看出，通过演示实验的结果看出，两物体碰后质量虽然没有改变，然没有改变，但运动状态改变的程度与物体质量的大小有关。
量的大小有关。
通过观察现象猜想碰撞前后可能的“不变量” 能的“不变量”。
一.实验的基本思路1、一维碰撞如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球拉如图所示，、是悬挂起来的钢球把小球A拉是悬挂起来的钢球，起使其悬线与竖直线夹一角度a,放开后A球运动起使其悬线与竖直线夹一角度，放开后球运动到最低点与B球发生碰撞碰后B球摆幅为球发生碰撞，球摆幅为β角到最低点与球发生碰撞，碰后球摆幅为角. 如两球的质量 A=mB,碰后球静止，B球摆角如两球的质量m 碰后A球静止球静止，球摆角β=α,这说明、B两球碰后交换了速度；两球碰后交换了速度，这说明A、两球碰后交换了速度；如果 A_gt;mB,碰后、B两球一起向右摆动；如果m 碰后A、两球一起向右摆动两球一起向右摆动；如果 A_lt;mB,碰后球反弹、B球向右摆动. 如果m 碰后A球反弹球反弹、球向右摆动球向右摆动. 以上现象可以说明什么问题？以上现象可以说明什么问题？2、追寻不变量P2课文，描述思路课文，……质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“ 质量并不描述物体的运动状态，质量并不描述物体的运动状态不是我们追寻的“ 不变量” 速度在碰撞前后是变化的……物体的质量与它不变量”。
实验 探究碰撞中的不变量
热点透析
热点一 利用长木板结合打点计时器 [例1] 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验:在 小车甲的前端粘有橡皮泥,推动小车甲使之做匀速直线运动。然后与原来 静止在前方的小车乙相碰并粘成一体,而后两车继续做匀速直线运动,他 设计的具体装置如图甲所示。在小车甲后连着纸带,打点计时器打点频率 为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。
t
t
m 甲 v 甲+m 乙 v 乙=0.420 kg·m/s
碰后 m 甲 v 甲′+m 乙 v 乙′=(m 甲+m 乙)v′=0.60×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s。 (3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的mv之和是相等的。
答案:(2)0.420 0.417 (3)在误差允许范围内,碰撞前后两个小车的mv 之和是相等的。
(1)碰撞后B球的水平射程是
cm。
解析:(1)由于偶然因素的存在,重复操作时小球的落点不可能完全重合,
处理的办法是用一个尽可能小的圆将“所有落点位置”包括在内(其中
误差较大的位置可略去),此圆的圆心即可看做小球10次落点的平均位
置,则碰撞后B球的水平射程等于圆心到O点的距离,由题图乙可得此射
程约为64.7 cm。
答案:(1)64.7(64.2～65.2均可)
(2)在以下的选项中,本次实验必须进行的测量是
。
A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离
B.A球与B球碰撞后,A,B两球落点位置到O点的距离
C.A,B两球的质量
D.G点相对于水平槽面的高度
解析:(2)由于A,B离开水平槽末端后均做平抛运动,平抛高度相同,运动时 间相等,因此可以用平抛运动的水平位移表示小球做平抛运动的初速度, 没有必要测量G点相对于水平槽面的高度,故A,B均正确,D错误;要验证碰 撞前后质量与速度的乘积是否守恒,必须测量A,B两球的质量,C正确。 答案:(2)ABC
实验：探究碰撞中的不变量 课件
方案3：利用“光滑”水平面结合打点计时器. (1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx，小车经过Δx所用的时间Δt.
x
(2)速度的计算：v＝t . (3)碰撞情景的实现：如图3所示，A撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一 体.
图3 (4)器材：长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、撞针、橡皮泥.
图6
(1)若已得到打点纸带如图7所示，测得各计数点间距离并标在图上，A 为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A碰撞前的速度， 应选______段来计算A和B碰撞后的共同速度.
图7
(2)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由 以 上 的 测 量 结 果 可 得 ： 碰 撞 前 两 车 质 量 与 速 度 乘 积 之 和 为 ______ kg·m/s；碰撞后两车质量与速度乘积之和为______ kg·m/s.
图4
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰 后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的 挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块 2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g；
4.记录数据时，应规定正方向，若速度的方向与规定的正方向相同，则 速度取正 值，若与规定的正方向相反，则取负 值.
5.碰撞有很多情形，我们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，
实验：探究碰撞中的不变量
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9所示，根据这些数据完成表格。
图9
质量/kg 速度/(m·s－1) mv /(m·s－1·kg－1) mv/(kg·m·s－1) mv2/(kg·m2·s－2)
(4)将实验中测得的物理量填入如下表格。 (m1＝________；m2＝________)
碰撞前
速度
v1
v2
m1v1＋m2v2 mv
mv2
m1v12＋m2v22
v
mv11＋mv22
m
碰撞后
v1′
v2′
m1v1′＋m2v2′
m1v1′2＋m2v2′2
mv11′＋mv22′
代入m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。 方案(二)：利用等长悬线悬挂的半径相等的小球做实验。 为了保证发生一维碰撞，最好选用钢杆悬挂的小球或选用双线摆。事先测量两个小球 的质量m1、m2，然后一个小球静止，拉起另一个小球使它摆动到最低点时与静止小球 相碰。由小球被拉起和摆动的角度来借助机械能守恒定律算出小球碰前速度v1和碰后 速度v1′、v2′。代入m1v1＝m1v1′＋m2v2′(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。
0.02 s，通过计算得下表。
碰Байду номын сангаас前
碰撞后
质量/kg 速度/(m·s－1)
A车 0.4 3.0
B车 0.2 0
AB 整体 0.6 2.0
mv /(m·s－1·kg－1)
7.5
模拟课堂实验--探究碰撞中的不变量
分组实验
结合同学们的交流方案，实验室 为大家准备了其中的三套方案， 本班共分为6大组，每一大组分 三个小组，相应实验的注意事项 及表格已经放在大家桌子上。下 面请大家开始实验。
分析表格
实验结果
实验探究表明，两物体 碰撞前后的不变量为：
小结
1.提出问题 2.建立模型 3.进行猜想 4.设计实验 5.交流评估
孙冬碰撞研究Fra bibliotek境：两物体碰撞前后沿同一条直线运动，即 一维碰撞。
猜想：
碰撞前后速度V的变化和物体的质量 m的关系，可以做如下猜测：
m2v2 m1v1 m2v2 m1v1
m v m v m v m2v2
2 1 1 2 2 2 2 1 1 2
m1 m2 m1 m2 v1 v2 v1 v2
实验中需要思考的问题
1、建立模型：实验必须保证碰撞是一维的， 即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰 撞之后还沿同一直线运动，且方向同向为正， 反向为负；
2、用天平测量物体的质量； 3、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？
碰撞可能有很多情形
1、两个质量相同的物体相碰撞，两个质 量相差悬殊的物体相碰撞。 2、两个速度大小相同、方向相反的物体 相碰撞，一个运动物体与一个静止物体 相碰撞。 3、碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后 分开，碰后也可能粘在一起不再分开…… 寻找的不变量：必须在各种碰撞 的情况下都不改变。
16.1实验：探究碰撞中的不变量
＞
斜槽末端点的切线水平，两球球心 碰前处于等高点，即发生对心正碰
mAOP=mAOM+mBO’N
OP与小球的质量无关，OM和ON 与小球的质量有关
6、在《探究碰撞中的不变量》的实验中，(1)用游 标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径，测 2.14 量结果如图(a)所示，该球直径为________cm； (2)实验中小球的落点情况如图(b)所示。入射球A 与被碰球B的质量比为mA:mB=3:2，则实验中碰撞结 束时刻两球动量大小之比pA:pB=________。 1:2
第十六章
动量守恒定律
1
实验：探究碰撞中的不变量
一、学习目标
1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路； 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞 前后的速度的测量方法； 3、掌握实验数据处理的方法。
二、带着问题先学
1、实验探究的基本思路是什么？
2、实验的条件有什么要求？怎样对实验数据进行测量 和处理？ （1）实验必须保证碰撞是一维的，即两个物
测速原理2
保证两绳等长
θ
橡皮泥
β
单摆测速：设摆绳长为L，测出摆角θ 和β，机械能守恒可得速度为
测速原理3
橡皮泥
打点计时器测速：测出相邻计数点间 的距离⊿X，可得速度为 v =⊿x/⊿t
测速原理4
斜槽末端切 向水平
为防止碰撞落点到O间的距 离XOP、XOM、XON，各球空中运动时间均相同，设为 ⊿t，可得速度为 v =x/⊿t
2、某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变 量，则下列说法正确的是( ABD ) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 B．由静止释放小球以便较准确地计算小 球碰前的速度 C．两小球必须都是钢性球，且质量相同 D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动
16.1-实验：探究碰撞中的不变量
问题起因
大量事实表明，A、B两物体碰撞后，速 度发生了变化，当改变A、B两物体的质量时， 速度变化的情况也有所不同。那么，碰撞前 后存在什么不变量呢？ 最简单的碰撞情形：
A、B两物体碰撞前后沿同一条直线运 动，即一维碰撞。
碰撞可能有很多情形
之vA和 为Lt11 ，0，vB碰碰 后前Lt两两22 .滑滑块块的静质止量，与即速v=度0乘，积质之量和与为速度M乘积m L1
M L2 .
t1
答案t 2：①用水平仪测得导轨水平
②A至C的距离L1、B至D的距离L2
③0
M m L1 M L2
t1
t2
参考案例二―摆球测速原理
• 实验装置如图所示。
(1)碰撞后B球的水平射程应取____cm. (2)在以下选项中，本次实验必须进行的测量是_____. A.水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B.测量A球与B球碰撞后，A球落点位置到O点的距离 C.测量A球与B球的质量 D.测量G点相对于水平槽面的高度
【解析】(1)题图中画出了B球的10个落点位置，实验中应取 平均位置.方法是：用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置 即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最 小刻度后面再估读一位.答案为64.7 cm(64.2 cm 到65.2 cm 的范围内都正确). (2)本实验把被碰小球放在靠近槽末端的地方，使得被碰小球 B和入射小球A都从O点开始做平抛运动，且两球平抛时间相 同，若以平抛时间为单位时间，则平抛的水平距离在数值上 等于平抛初速度.设A未碰B，平抛水平位移为xA;A、B相碰
实验思路
1、建立模型：实验必须保证碰撞是一维的，即两 个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿 同一直线运动。如果速度与我们设定的方向一致， 取正值，否则取负值。 2、用天平测量物体的质量； 3、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度？
实验探究碰撞中的不变量
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
12
测速原理2
保证两绳
θ
等长
橡皮泥
β
单摆测速:设摆绳长为L,测出摆角θ与 β,机械能守恒可得速度为
参考案例三一打点计时器测速原理
• 将打点计时器固定在光滑桌面得一端,把纸 带穿过打点计时器,连在小车得后面。让小 车A运动,小车B静止。在两小车得碰撞端分 别装上撞针与橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮 泥中,把两个小车连接成一体(如上图)。通 过纸带测出它们碰撞前后得速度。
测速原理1
光电门
L
碰撞滑块
气垫导轨
光电门测速:测出滑块经过光电门得时
间t,则滑块匀速运动得速度为v=L/t
参考案例二 摆球测速原理
• 实验装置如图所示。 • 把两个小球用线悬起来,一个小球静止,拉起另一个小
球,放下时它们相碰。 • 可以测量小球被拉起得角度,从而算出落下时得度;测
量被撞小球摆起得角度,从而算出被撞后得速度。 • 也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时得能量损失。
测速原理3
橡皮泥
打点计时器测速:测出相邻计数点间得
距离⊿X,可得速度为 v =⊿X/⊿t
• 用天平测出辆小车得质量(包括撞针或橡皮泥) • 固定打点计时器,连好电路。 • 平衡摩擦力 • 做实验 • 改变质量,重做实验 • 数据记录与处理:
测速原理4
斜槽末端切
h
向水平
h
落点确定:
为防止碰撞中A球 反弹,有mA＞mB
平抛测速:测出碰撞前后各球落点到O间得距 离XOP、XOM、XON,各球空中运动时间均相同,设为
⊿t,可得速度为 v =XOP/⊿t
天平、刻度尺、重垂线
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m 1v 1' 2 + m 2v 2' 2
v1 m1
+
v2 m2
v1 m1
+ v2 m2
…
…
（1）按右图所示安装气垫导轨。
（2）调节气垫导轨水平，并使光电计时器系统正 常工作。
（3）在滑块1上装上挡光片并测出其长度l 。
（4）在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥（或双面胶 实 纸）。
（5）用天平测出滑块1和滑块2的质量m 1、m 2。
物理实验报告单（示例十一）
姓名
班级
实验台号
实验课题 （选修3-5,§16.1）探究碰撞中的不变量 1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路。
实验目的 2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。 3、掌握实验数据处理的方法。
质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。速度在 碰撞前后是变化的……物体的质量与它的速度的乘积也在变化……
0.093
2
0.426 0.269
0
0.269 0.138
0
0.136
结论： 在误差允许的范围内，碰前系统动量矢量和等于碰后系统动量矢量和。
实验教师签名
批阅日期
那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？
m1v1 + m2v2 = m1v1′+ m2v2′
？
或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？
实
m1v12 + m2v2 2 = m1v1′2 + m2v2′2
？
也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？
验
m 1=0.324kg m 2=0.181kg l =1.00×10-3m
及
次
滑块1
滑块2
碰前系统动量
碰后系统动量
数
kgms-1
kgms-1
结
v 1/ms-1 v /ms-1 v 2/ms-1 v /ms-1 m 1v 1
m 2v 2
(m 1+m 2)v
论
1
0.29 0.184
0
0.184
0.094 0
分开……
我们寻找的不变量必须在各种碰撞的情况下都不改变，这样才符合要求。
实验器材 气垫导轨、滑块、气源、数字计时器、学生天平。
实验日期
参考用的记录表格
碰撞前
碰撞后
m1
m2
m1
m2
v1Biblioteka v2v 1'v 2'
m 1v 1 + m 2 v 2 m 1 v 1' + m 2 v 2'
m
1v
2 1
+
m
2v
2 2
v1 v2 v1 v2
m1 m2
m1 m2
原
……？
质量 速度 mv mv2
理 进一步讨论可能的情况：
v
碰撞可能有很多情形,两个质量相同的物体相碰撞，两个质量相差悬殊 的物体相碰撞，两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运
m
动物体与一个静止物体相碰撞……
… 碰撞时可能中间通过弹簧接触，碰后分开；碰后也可能粘在一起不再
验 （6）把滑块1和滑块2放在气垫导轨上，让滑块2处于静止状态（v 2=0），用滑块1以初速度v 1与之碰撞（这时光电计时器 系统自动计算时间），撞后两者粘在一起，分别记下滑块1的挡光片碰前通过光电门的遮光时间t 1和碰后通过光电门的遮
步 光时间t 2。
（7）先根据v =l /t 计算滑块1碰撞前的速度v 1及碰后两者的共同速度v ；再计算两滑块碰撞前后的动量，并比较两滑块碰 撞前后的动量的矢量和。 骤 实验数据：