[发明专利]一种物理教学的弹性碰撞实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理教学的弹性碰撞实验方法。

背景技术

一个质点系所受的合外力为零时，这一质点系的总动量就保持不变，这叫做动量守恒定律。动量守恒是物理的重要定律，弹性碰撞教学实验装置是演示、解释动量守恒定律最鲜明、最直观的实验装置。在设计该类实验装置时，首先要做到：系统合外力为零(在外力比内力小得多的情况下，外力对质点系的总动量变化影响甚小，这时可以认为近似满足守恒条件，也就可以近似地应用动量守恒定律)。例如两物体的弹性碰撞过程，由于相互撞击的内力往往很大，此时即使有摩擦力等外力，也常可忽略它们，而认为系统总动量守恒。

现有的弹性碰撞教学演示实验有很多种，常见的有：球摆演示碰撞；九联球碰撞演示；递增半径多球的碰撞演示等，虽然各有特点，但演示的全是钢球摆动运动中的动量守恒，缺少更直观的物体平面运动中的弹性碰撞教学实验装置。

因物体水平平面运动中的动量与受到的摩擦阻力都与物体的质量m有关，即：动量＝mv；滑动摩擦阻力＝mgμ_k；平面运动中的弹性碰撞教学实验装置需要运动物体既要有较大动量，又要受到的尽可能小的摩擦阻力，才能近似满足系统合外力为零的守恒条件，达到动量守恒的弹性碰撞实验最佳演示效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种物理教学的弹性碰撞实验方法，该方法直观定性地表现出平面直线运动中的弹性碰撞动量守恒，演示效果明显，简单易行。

本发明的技术方案是：一种物理教学的弹性碰撞实验方法，该方法是在实验桌面上放置一块平板玻璃，将冰块置于平板玻璃上，平板玻璃周边设置围挡。防止冰块滑动时掉落。冰块用模子在普通冰箱中自制，做成约长∶宽∶高＝1∶1∶0.5的扁四方体。碰撞时要做到平面接触碰撞，力求两冰块的对心碰撞，使两冰块碰撞前后运动保持直线滑动或静止，确保冰块不产生转动或滑动方向改变而影响实验效果，具体操作方法为：

在玻璃平面上间隔70--80厘米的距离分别放置两冰块，手动加力给一冰块一个直线方向适宜的初速度，与另一冰块对心碰撞：

1、两冰块质量相同，即m₁＝m₂时：

取两块大小相同的冰块按上述方法操作，碰撞后可以看到：一冰块由运动状态变为静止，被撞冰块由静止状态变为以撞击冰块的原速度沿碰撞直线方向向前滑动，两冰块交换速度，系统总动量守恒；

2、小冰块碰撞大冰块，即m₁<m₂时：

碰撞后可以看到：小冰块以小于原速度的速度向回反弹滑动，大冰块由静止状态变为以小于小冰块原速度的速度沿碰撞直线方向向前滑动，两冰块部分交换速度，系统总动量守恒；

3、大冰块碰撞小冰块，即m₁>m₂时：

碰撞后可以看到：大冰块以小于原速度的速度继续向前滑动，小冰块由静止状态变为以大于大冰块原速度的速度沿碰撞直线方向向前滑动，两冰块部分交换速度，系统总动量守恒。

在普通玻璃平面上使用冰块滑动做弹性碰撞实验演示，充分利用了玻璃和冰块表面硬度大、光滑的特点，摩擦系数很小，能最大限度地减小冰块在玻璃平面上滑动的摩擦阻力，从而保证该实验装置外力对系统的总动量变化影响甚小，近似满足守恒条件，直观定性地表现出平面直线运动中的弹性碰撞动量守恒，达到物理教学演示效果。

本发明的有益效果是：直观定性地表现出平面直线运动中的弹性碰撞动量守恒，演示效果明显，简单易行，投资少，可广泛应用于高中、大学物理教学中。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

在实验桌面上放置一长200厘米宽80厘米的平板玻璃，周边设置围挡，防止冰块滑动时掉落。

用模子在冰箱中冷冻制作冰块，为了方便手动操作，大冰块尺寸约为：10×10×5(厘米)，小冰块尺寸约为：6×6×3(厘米)。

操作方法：

在玻璃平面上间隔一定距离(约70--80厘米)分别放置冰块1和冰块2，手动加力给冰块1一直线方向适宜的初速度，与冰块2对心碰撞，按下列三种情况分别操作：

1、两冰块质量相同，即m₁＝m₂时：