1 实验：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．碰撞中的特殊情况——一维碰撞

两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动． 2．追寻不变量

在一维碰撞的情况下，与物体运动有关的物理量只有物体的质量和物体的速度，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v1′、v2′.如果速度与规定的正方向一致，则速度取正值，否则取负值．

依据猜想与假设，通过实验探究寻找碰撞前后的不变量，可能是下列的哪些关系？

(1)可能是质量与速度的乘积，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.

222(2)可能是质量与速度的二次方的乘积，即m1v21＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.

v1v2v1′v2′(3)也许是物体的速度与质量的比值，即m＋m＝m＋m.

1

2

1

2

…

探究以上各关系式是否成立，关键是准确测量碰撞前后的速度v1、v2、v1′、v2′.因此，利用气垫导轨和与之配套的光电计时装置，可保证两物体碰撞是一维碰撞，并可比较准确地测量出碰撞前后的速度．

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16-1-1所示：

图16-1-1

(1)质量的测量：用天平测量质量．

Δx

(2)速度的测量：利用公式v＝Δt，式中Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为计

时器显示的滑块(挡光片)经过光电门时对应的时间．

(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量． (4)实验方法．

①用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图16-1-2甲)．

②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图16-1-2乙)，可以得到能量损失很小的碰撞．

③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，把两个滑块连成一体运动(图16-1-2丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞．

图16-1-2

方案二：利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞 实验装置如图16-1-3所示：