第一章 微型专题02 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（粤教版选修3-5）

微型专题2　实验：验证动量守恒定律 [学习目标] 1.掌握验证动量守恒定律的方法和基本思路.2.掌握直线运动物体速度的测量方法. 一、实验目的 验证碰撞中的动量守恒定律[来源:学科网ZXXK] 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′，看在实验误差允许范围内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一条直线上. (2)如何测定质量和速度. ①测量质量用天平. ②测定碰撞前后的速度，这是实验成功的关键. 四、实验案例 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出滑块质量. (2)安装：正确安装好气垫导轨. (3)实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小)碰撞前后的速度. (4)验证：一维碰撞中的动量守恒. 方案二：利用等长悬线悬挂等大的小球完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. (2)安装：把两个等大的小球用等长悬线悬挂起来. (3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰. (4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度. (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验.[来源:Z_xx_k.Com] (6)验证：一维碰撞中的动量守恒. 方案三：在“光滑”水平面上两车碰撞完成一维碰撞实验 (1)测质量：用天平测出两小车的质量. (2)安装：将打点计时器固定在长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在长木板一端下垫小木片用以平衡摩擦力，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥. (3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动. (4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝算出速度. (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验. (6)验证：一维碰撞中的动量守恒. 方案四：利用等大小球做平抛运动完成碰撞实验 (1)先用天平测出小球质量m1、m2. (2)按图1所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平. 图1 (3)在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸. (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置. (5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处由静止滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面(个别偏离太远的点舍去)，圆心就是入射球发生碰撞前的落地点P. (6)把被碰小球放在轨道末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，用圆规求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N. (7)过O和N在纸上作一直线. (8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度.把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在实验误差允许范围内是否成立. (9)整理实验器材放回原处. 五、注意事项 1.前提条件： 碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”. 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)若利用摆球进行实验，两小球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内. (3)若利用长木板进行实验，可在长木板的一端下垫一小木片用以平衡摩擦力. (4)若利用斜槽小球碰撞应注意： ①斜槽末端的切线必须水平； ②把被碰小球放在斜槽末端； ③入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； ④选质量较大的小球作为入射小球； ⑤实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变. 六、误差分析 1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞. (2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦力. 2.偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量. 3.改进措施 (1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件. (2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差. 例1　某同学利用气垫导轨做“验证碰撞中的动量守恒”的实验；气垫导轨装置如图