第一章 实验：验证动量守恒定律-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（教科版选修3-5）

实验：验证动量守恒定律 [学习目标]　1.探究碰撞中的不变量之间的关系.2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法.3.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式． 一、实验目的 验证碰撞中的动量守恒定律． 二、实验原理 为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动． 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′，如果速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值． 根据实验求出两物体碰前动量p＝m1v1＋m2v2，碰后动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p与p′是否相等，从而验证动量守恒定律． 三、实验设计 实验设计需要考虑的问题 (1)如何保证碰撞前、后两物体速度在同一条直线上． (2)如何测定质量和速度． 四、实验案例参考 方案1：利用气垫导轨结合光电门的实验探究 (1)质量的测量：用天平测量． (2)速度的测量：v＝，式中的Δx为滑块上挡光条的宽度，Δt为数字计时显示器显示的滑块上的挡光条经过光电门的时间． (3)碰撞情景的实现：如图1所示，利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量． 图1 (4)器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光条)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平． 方案2：利用“光滑”水平面结合打点计时器的实验探究 (1)所需测量量：纸带上两计数点间的距离Δx，小车经过Δx所用的时间Δt，小车质量m. (2)速度的计算：v＝. (3)碰撞情景的实现：如图2所示，A运动，B静止，在两小车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，把两个小车连接成一体． 图2 (4)器材：长木板、小木片、打点计时器、纸带、刻度尺、小车(两个)、撞针、橡皮泥、天平． 方案3：利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行的实验探究 如图3甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽水平末端的另一质量较小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动． 图3 (1)质量的测量：用天平测量两小球的质量． (2)速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等．如果用小球的飞行时间为单位时间，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度．只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离x1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离x1′和x2′.就可以表示出碰撞前、后小球的速度． (3)碰撞情景的实现：①不放被碰球，让入射球m1从斜槽上某一位置由静止滚下，记录平抛的水平位移x1. ②在斜槽水平末端放上被碰球m2，让m1从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移x1′、x2′. ③探究m1x1与m1x1′＋m2x2′在误差范围内是否相等． (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球(入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2)、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规． 五、实验步骤 不论哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下： (1)用天平测出相关质量． (2)安装实验装置． (3)使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格． (4)改变碰撞条件，重复实验． (5)通过对数据的分析处理，找出碰撞中的不变量． (6)整理器材，结束实验． 六、数据处理 将实验中测得的物理量填入下表，物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反时需要注意正负号. 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2 速度 v1 v2 v1′ v2′ mv m1v1＋m2v2 m1v1′＋m2v2′ mv2 m1v12＋m2v22 m1v1′2＋m2v2′2 ＋ ＋ 其他 猜想 … … 通过研究以上实验数据，找到碰撞前、后的“不变量”． 七、注意事项[来源:Z。xx。k.Com] 1．前提条件：应保证碰撞的两物体发生的是一维碰撞，即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．方案提醒 (1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． (2)利用打点计时器进行实验，首先必须平衡摩擦力． (3)利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量． 3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变，才符合要求． 一、利用气垫导轨结合光电门的实验探究 1．本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝＝，其中d为遮光条的宽度． 2．实验