1、实验:验证动量守恒定律自主阅读自我检测一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令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,如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1、v2,若m1v1+m2v2=,那么碰撞中动量守恒。m1v1+m2v2 自主阅读自我检测三、参考案例1研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验中物理量的测量(1)质量的测量:用测量质量。(2)速度的测量:利用公式v=,式中x为滑块(挡光片)的宽度,t为计时器显示的滑块(
2、挡光片)经过光电门所对应的时间。(3)利用在滑块上的方法改变碰撞物体的质量。天平增加重物自主阅读自我检测2.实验方法(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,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。自主阅读自我检测【实验器材】气垫导轨(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光板、两个)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥。【实验步骤
3、】(1)用测出两滑块的质量,用_测出滑块上挡光片的宽度。(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于,此时导轨水平。(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。(4)(按照实验方案(2)把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1、t2。天平毫米刻度尺中央自主阅读自我检测【数据处理】结论:。【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,绝对禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导
4、轨。碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和水平自主阅读自我检测四、参考案例2研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒实验中物理量的测量如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的在数值上就等于它的水平速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被小球碰撞后在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。平抛时间水平距离m1O
5、M+m2ON 自主阅读自我检测【实验器材】斜槽、铅垂线、大小相等而质量不等的小球两个、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平。【实验步骤】(1)用测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下所指的位置O。(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的把所有的小球落点圈在里面,_P就是小球落点的平均位置。天平水平铅垂线圆圆心自主阅读自我检测(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从高
6、度滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。同一自主阅读自我检测【数据处理】记录分析结论:。【注意事项】(1)斜槽末端点的切线要水平。(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。(4)白纸铺好后不能移动。碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和自主阅读自我检测正误判断1.气垫导轨使用前须调节到水平状态。()2.在气垫导轨上放滑块前,须先给导轨通压缩空气。()3.滑块通过光电门时的速度大小等于挡
7、光片的宽度与挡光时间的比。()4.利用斜槽验证动量守恒时,斜槽末端不需要调整到水平。()解析:只有斜槽末端水平,才能保证小球碰前或碰后做平抛运动,进而用水平射程替代速度。自主阅读自我检测5.利用斜槽验证动量守恒时,入射小球的质量可以小于被碰小球的质量。()6.利用斜槽验证动量守恒时,两小球碰后的速度大小可以用它们做平抛运动的水平距离替代。()解析:为保证入射小球碰后不反弹,其质量须大于被碰小球的质量。问题一问题二当堂检测实验原理与操作典例剖析例题1某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒,图中PQ是斜槽,QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静
8、止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。问题一问题二当堂检测(1)碰撞后B球的水平射程应取为cm。(2)在以下选项中,本次实验必须进行的测量是 。A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离C.A球与B球的质量D
9、.G点相对于水平槽面的高度问题一问题二当堂检测解析:(1)本题利用了高度相同、小球运动时间相同,在比例式中,可以用位移代替速度,即变难测物理量为易测物理量,围绕10个落点所在的范围作最小的圆,其圆心即为平均落点,xB=64.8cm。(2)还应测出未放B球时,A球落点位置到O点的距离,A球和B球碰后,A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量。答案:(1)64.8(2)ABC问题一问题二当堂检测数据处理与误差分析典例剖析例题2某同学运用以下实验器材,设计了一个碰撞实验来验证碰撞中的动量守恒:打点计时器、低压交流电源(频率为50Hz)、纸带、表面光滑的长木板、带撞针的小车A、带橡皮泥的小车B、天平
10、。该同学设计的实验步骤如下:A.用天平测出小车A的质量为mA=0.4kg,小车B的质量为mB=0.2kgB.更换纸带重复操作三次C.小车A靠近打点计时器放置,在车后固定纸带,把小车B放在长木板中间D.把长木板平放在桌面上,在一端固定打点计时器,连接电源E.接通电源,并给小车A一定的初速度vA问题一问题二当堂检测(1)请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来。(2)打点计时器打下的纸带中,比较理想的一条如图所示,根据这些数据完成下表。(3)根据以上数据得到的结论:。问题一问题二当堂检测解析:(1)按照先安装,后实验,最后重复的顺序,该同学正确的实验步骤为ADCEB。(2)碰撞前后均为匀速直线运动,由
11、纸带上的点迹分布求出速度。碰后小车A、B合为一体,求出AB整体的共同速度。注意打点计时器的频率为50Hz,打点时间间隔为0.02s,通过计算得下表。(3)根据数据分析知碰撞前后两车的总动量不变。答案:(1)ADCEB(2)见解析(3)碰撞前后两车的总动量不变问题一问题二当堂检测1.利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒实验时,不需要测量的物理量是()A.滑块的质量B.挡光时间C.挡光片的宽度D.滑块移动的距离答案:D解析:根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量。只有移动的距离不需要
12、测量,故选项D正确。问题一问题二当堂检测2.气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响,因此成为重要的实验器材,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材:问题一问题二当堂检测利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验,某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。(1)针对此原理,应选择的器材为(填写器材编号)。(2)在所选的器材中,(填写器材编号)器材对应原理中的m1。解析:(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动,碰撞后两滑块结合为一体,所以需要ABC。(2)碰前运动的滑块需要测其速度,所以应选带遮光板的B
13、作为m1。答案:(1)ABC(2)B问题一问题二当堂检测3.下图为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10Hz。开始两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用细绳连接,细绳烧断后,两个滑块向相反方向运动。已知滑块 A、B的质量分别为200g、300g,根据照片记录的信息,可知细绳烧断后,A滑块做运动,其速度大小为m/s。本实验中得出的结论是 。问题一问题二当堂检测解析:由题图可知,细绳烧断后,A、B均做匀速直线运动,开始时:vA=0,vB=0,规定向右方向为正方向,则A、B被弹开后,vA=-0.09m/s,vB=0.06m/smAvA=0.2(-0.09)kgm/s=-0.018kgm/smBvB=0.30.06kgm/s=0.018kgm/s由此可得0=mBvB+mAvA结论是两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等。答案:匀速直线0.09两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等
