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′.
(2)可能是质量与速度的二次方的乘积，即m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2.
(3)也许是物体的速度与质量的比值，即＋＝＋.
…
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＝，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(图甲)．
②在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，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(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞．
方案二：利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞
实验装置如图所示：
(1)质量的测量：用天平测量质量．
(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度．
(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失．
方案三：利用小车在光滑长木板上碰撞另一辆静止的小车实现一维碰撞
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：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量．Δt为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出．这个方案适合探究碰撞后两物体结合为一体的情况．
(3)碰撞的实现：两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．
