小球背后的大定律

王雪　邵明輝

在天宮課堂上，桂海潮老師用一顆運(yùn)動(dòng)的鋼球去碰撞一顆靜止的鋼球來(lái)演示動(dòng)量守恒定律。雖然我們?cè)诘厍蛏蠠o(wú)法使鋼球懸浮在空中，但我們?nèi)匀豢梢赃€原這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一起來(lái)試一下吧！

實(shí)驗(yàn)惄

1 將塑料墊板放在平整的桌面上，防止出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。

2用兩顆小鋼球重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是一樣的，這也是物理規(guī)律普適性的體現(xiàn)。將兩顆大鋼球放在塑料墊板上，相距10厘米左右。用一顆大鋼球去撞擊另一顆大鋼球。可以多試驗(yàn)幾次，如果撞擊位置比較正，你會(huì)發(fā)現(xiàn)前面運(yùn)動(dòng)的鋼球會(huì)立刻停下來(lái)，而被撞擊的鋼球會(huì)延續(xù)前面鋼球的速度和方向。

實(shí)驗(yàn)材料

兩顆直徑為4 厘米的大鋼球、兩顆直徑為2.5 厘米的小鋼球、帶刻度的塑料墊板。如果沒(méi)有鋼球，也可以用玻璃球替代。

4將運(yùn)動(dòng)的大鋼球與小鋼球進(jìn)行碰撞，可以發(fā)現(xiàn)碰撞后大鋼球速度變慢并逐漸停下，小鋼球開(kāi)始沿著大鋼球最初運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)。

5將運(yùn)動(dòng)的小鋼球與大鋼球進(jìn)行碰撞，可以發(fā)現(xiàn)碰撞后小鋼球被反彈回來(lái)，大鋼球開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)，兩顆球的運(yùn)動(dòng)速度都會(huì)逐漸變慢直至停下來(lái)。

知其然，知其所以然

物理現(xiàn)象千千萬(wàn)，挖掘其背后的科學(xué)知識(shí)是關(guān)鍵。要想解釋這一現(xiàn)象，需要我們了解一下相關(guān)概念。

原理揭秘

這個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律。所謂動(dòng)量，就是物體質(zhì)量和速度的乘積。在兩顆球碰撞后，運(yùn)動(dòng)球的動(dòng)量會(huì)傳遞給靜止球，靜止球獲得了動(dòng)量開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)球動(dòng)量減少，速度就會(huì)變慢，如果運(yùn)動(dòng)的球質(zhì)量比被撞擊的球小，則會(huì)被彈回來(lái)。這兩個(gè)球的總動(dòng)量一直保持不變，所以會(huì)出現(xiàn)以上展示的球碰撞后運(yùn)動(dòng)的情況。即使是在太空艙中的微重力環(huán)境下，動(dòng)量也是守恒的。

概念一點(diǎn)通

動(dòng)量守恒定律

一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫作動(dòng)量守恒定律。本實(shí)驗(yàn)中采用了較為光滑的塑料墊板，為的是減小摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。當(dāng)外力遠(yuǎn)小于兩個(gè)球組成的系統(tǒng)中的內(nèi)力時(shí)，這一定律就能較好地展示出來(lái)。

輕松答題

當(dāng)質(zhì)量為2 千克的小車以2 米/ 秒的速度沿接近于光滑的水平面向右運(yùn)動(dòng)，若將質(zhì)量為0 .5千克的沙袋以3 米/ 秒的水平速度同向扔上小車，則沙袋與小車一起運(yùn)動(dòng)的速度的大小和方向是（ ）。

A.1.0 米/ 秒，向右

B.1.0 米/ 秒，向左

C.2.2 米/ 秒，向右

D.2.2 米/ 秒，向左