1、实验7验证碰撞中的动量守恒 实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练一、实验目的验证碰撞中的动量守恒.二、实验原理质量分别为m1、m2的两物体相互作用,若相互作用前的速度分别为v1、v2,相互作用后的速度分别是v1、v2,并且系统受到外力之和为零,根据动量守恒定律有m1v1+m2v2=m1v1+m2v2常见的实验方案有:方案一,利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞.实验溯本求源方案二,利用悬线悬挂的小球使两球发生一维对心碰撞.方案三,使小车在光滑的水平桌面上与另一静止的小车发生一维碰撞.方案四,使斜槽上滚下的小球与另一小球发生一维碰撞.三、实验器材方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(2个)、弹簧
2、片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥.方案二:带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等.实验溯本求源实验溯本求源实验溯本求源(1)实验装置如图S7-1所示.(2)说明:气垫导轨能够很容易地保证两个滑块的相互作用是一维的,光电计时装置可以迅速测量两个滑块相互作用前后的速度.实验要从下列几种情形来探究:a.用细线将弹簧拉成弓形,置于质量不等的滑块间,且使它们静止.烧断细线,弹簧片弹开后落下,两滑块向相反方向运动.b.在两滑块相撞的端面装上弹性碰撞架,可得到近似弹性碰撞.实验溯本求源图S7-1c.在两滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥(或贴上尼龙拉扣),可得到完全非弹性碰撞.(3
3、)数据处理:测得的质量m、速度v填入下表,并进行计算.实验溯本求源实验情景用弓形弹片弹开探究量质量(kg)速度(m/s)mv(kgm/s)碰撞前m1v1m1v1+m2v2m2v2碰撞后m1v1m1v1+m2v2m2v2方案二:用两摆球碰撞验证动量守恒定律.(1)实验装置如图S7-2所示.(2)一个小球静止,拉起另一个小球使它摆动到最低点时它们相撞.由小球拉起和摆动的角度来算出小球碰前或碰后的速度.可贴胶布增大两球碰撞时的能量损失,两球质量可相等,也可不相等.实验溯本求源图S7-2(3)数据处理:实验溯本求源实验情景小球的碰撞端贴胶布探究量质量(kg)速度(m/s)mv(kgm/s)碰撞前m1v
4、1m1v1+m2v2m2v2碰撞后m1v1m1v1+m2v2m2v2方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律.(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.(2)按照图S7-4所示安装实验装置.调整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白纸在下,复写纸在上,且在适当位置铺好,记下重垂线所指的位置O.实验溯本求源图S7-4(4)不放被撞小球,让入射球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次.用步骤(4)的方法,标出碰后
5、入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图S7-5所示.实验溯本求源图S7-5 实验溯本求源实验溯本求源热点一实验原理与实验操作实验热点探究例1一个物理学习小组利用如图S7-6所示的装置和频闪相机来探究碰撞中的不变量,其实验步骤如下:步骤1:用天平测出A、B两个小球的质量mA、mB(mAmB).步骤2:安装好实验装置,使斜槽末端保持水平,调整好频闪相机的位置并固定.步骤3:让入射小球从斜槽上某一位置P由静止释放,小球离开斜槽后,用频闪相机记录下小球在相邻两次闪光时的位置,照片如图S7-7甲所示.图S7-6 实验热点探究步骤4:将被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从位置P由静止开始释
6、放,使它们碰撞.两小球离开斜槽后,用频闪相机记录两小球在相邻两次闪光时的位置,照片如图乙所示.经过多次实验,他们猜想碰撞前、后物体的质量和速度的乘积之和不变.(1)实验中放在斜槽末端的小球是(选填“A”或“B”).图S7-7(2)若要验证他们的猜想,需要在照片中直接测量的物理量有(选填“x0”“y0”“x1”“y1”“x2”“y2”),写出该实验小组猜想结果的表达式.(用测量量表示)实验热点探究实验热点探究实验热点探究变式如图S7-8所示,斜槽末端水平,小球A从斜槽上的某一位置由静止滚下,落到水平面上的P点.今在槽口末端放置一个与A半径相同的球B,仍让球A从斜槽同一高度滚下,并与球B正碰后使两
7、球落地,球A和球B的落地点分别是M、N.已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点.则:(1)若A、B两小球的质量分别为m1、m2,则二者的质量关系应满足.A.m1=m2B.m1m2C.m1m2).b.按照如图S7-12所示安装好实验装置:将斜槽AB固定在桌边,使槽末端点的切线水平,将一斜面BC连接在斜槽末端.图S7-12 实验热点探究c.先不放小球2,让小球1从斜槽顶端的A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置.d.将小球2放在斜槽末端边缘处,让小球1从斜槽顶端的A处由静止滚下,使两球发生碰撞,记下小球1和小球2在斜面上的落点位置.e.用毫米刻度尺量出各个落点的位置到斜槽末端点B的距离.图中
8、D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,落点到B点的距离分别为LD、LE、LF.根据该同学的实验,回答下列问题:实验热点探究(1)小球1、2发生碰撞后,1的落点是图中的点,2的落点是图中的点.(2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式,则说明两小球在碰撞中动量是守恒的.(3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞.实验热点探究实验热点探究变式如图S7-13所示,将质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,将质量为mB的钢球B放在顶端离地面高度为H的小支柱N上.O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直,且使线与竖直线的夹角为,A球释放后摆动到最低点时
9、恰与B球发生正碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角为的位置处,B球落到地面上,地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D.保持角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录到多个B球的落点.图S7-13 实验热点探究(1)图中x应是B球初始位置到的水平距离.(2)为了探究碰撞中的守恒量,实验中应测量等物理量.(3)用测得的物理量表示:mAvA=;mAvA=;mBvB=.实验热点探究实验热点探究实验热点探究特别提醒此题利用摆球的碰撞做“探究碰撞中的不变量”的实验,重点考查的是实验原理的理解与应用.课时巩固训练1.2017江西师大附中、临川一中联考 在“验证动量守恒定律”实验中,气垫导轨上放置着带有遮
10、光板的滑块A、B,遮光板的宽度相同,测得滑块A、B的质量分别为m1和m2.实验中用细线将两个滑块拉近从而使两滑块中间的轻弹簧压缩,如图S7-14所示,然后烧断细线,两个滑块被轻弹簧弹开,测得它们通过光电门的时间分别为t1、t2.图S7-14图S7-15 课时巩固训练(1)图S7-15分别为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度d时所得的情景.由该图可知甲同学测得的示数为mm,乙同学测得的示数为mm.(2)用测量的物理量表示动量守恒应满足的关系式:,被压缩弹簧开始贮存的弹性势能Ep=.课时巩固训练2.如图S7-16所示,把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来,中间夹有被压缩的轻弹簧,置于摩
11、擦可以忽略不计的水平桌面上,现烧断细线,观察两球的运动情况并进行必要的测量,从而探究物体间发生相互作用时的不变量.测量过程中:(1)还必须添加的器材是.(2)需直接测量的数据是.(3)需要验算的表达式如何表示?图S7-16 课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练3.“验证碰撞中的动量守恒”实验采用以下两种实验方案:(1)图S7-17甲为气垫导轨,导轨上的两滑块质量相等,两滑块上的挡光片宽度相同.现将气垫导轨水平放置做“验证动量守恒定律”实验,实验中用滑块甲撞击静止在导轨上的滑块乙,碰撞前滑块乙处于静止状态.第一次释放滑块甲时在两滑块的碰撞端安上弹簧片,第二次释放滑块甲时在两滑块的碰撞端粘上橡皮泥
12、.测得滑块甲的挡光片在两次碰撞前通过光电计时装置的挡光时间相等,测得滑块乙上的挡光片在第一次和第二次碰撞后通过光电计时装置的挡光时间分别为t1、t2.通过实验验证了这两次碰撞均遵守动量守恒定律,请你判断t1、t2的关系应为t1(选填“”“”或“=”)t2.课时巩固训练(2)若大小相等的入射小球和被碰小球的质量均已知,利用如图乙所示的装置和器材做“验证动量守恒定律”实验,还需要的器材有.图S7-17课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练图S7-18 课时巩固训练(2)木条平移后,在不放小球B时,使小球A从斜槽顶端由静止释放,A的落点在木条上的点,把小球B放在斜槽末端边缘处,使小球A从斜槽顶端由静止
13、开始滚下,与小球B发生碰撞,碰后小球A的落点在木条上的点.(3)利用实验中测量出的数据表示小球A和小球B碰撞后的恢复系数e=.(4)若再利用天平测量出两小球的质量分别为m1、m2,若满足,则表示两小球碰撞前、后动量守恒;若满足,则表示两小球碰撞前、后机械能守恒.课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练5.2014全国卷 现利用如图S7-19所示的装置验证动量守恒定律.在图中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.实验测得滑块A的质量m1=0.3
14、10 kg,滑块B的质量m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率f=50.0 Hz.图S7-19 课时巩固训练图S7-20课时巩固训练课时巩固训练课时巩固训练6.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验,气垫导轨装置如图S7-21甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦引起的误差.图S7-21 课时巩固训练下面是主要的实验步骤:安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节
15、旋钮,使导轨水平;向气垫导轨通入压缩空气;把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度直至当滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;使带有撞针的滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;把带有橡皮泥的滑块2放在气垫导轨的中间,碰后两滑块一起运动;先,然后,让滑块带动纸带一起运动;课时巩固训练取下纸带,重复步骤,选出较理想的纸带如图乙所示;测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.(1)完善实验步骤中的内容.(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为 kgm/s;两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kgm/s.(保留3位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是.课时巩固训练
