1-2（1）实验：探究动量是否守恒-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-5）

第2节(1)　实验：探究动量是否守恒 实验目的：探究物体碰撞前后两物体组成的系统总动量的关系． 实验器材：气垫导轨、滑块(3块)、弹片、天平、光电门、数字毫秒计． 实验过程： 实验一：实验装置如图1所示，用天平称出两质量相等的滑块，装上相同的挡光板，放在气垫导轨的中部．两滑块靠在一起，用细线拴住后中间压入弹片，处于静止状态．烧断细线，两滑块被弹开并朝相反的方向通过光电门，记录挡光板通过光电门的时间，由v＝计算滑块的速度，求出两滑块的总动量p＝mv1－mv2. 图1 计算p的值，并与分开前的总动量比较得出结论． 实验二：增加其中一个滑块的质量，使其质量是另一侧的2倍，重复实验一的操作，求出两侧滑块的总动量p＝mv1－2mv2. 计算p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论． 实验三：把气垫导轨的一半覆盖上牛皮纸，并用胶带固定后，用两块质量相等的滑块，重复实验一的操作，求出两滑块的总动量p＝mv1－mv2. 计算p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论． 结论： (1)在光滑气垫导轨上无论两滑块质量是否相等，它们被弹开前的总动量为零，弹开后的总动量也为零． (2)两滑块构成的系统受到牛皮纸的摩擦力(外力)后，两滑块相互作用后的总动量不为零，即碰撞前后的总动量发生了变化． 温馨提示　要探究两物体碰撞前后总动量是否守恒，需要测出相互作用前两物体的总动量和相互作用后两物体的总动量．要测动量，需要测出两个物体的质量，质量可以利用天平测量，还要测出相互作用前后两物体运动的速度，速度可以在气垫导轨上利用光电门和数字毫秒计计时测量． 【例1】　现利用图2(a)所示的装置验证动量守恒定律．在图2(a)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． 图2 实验测得滑块A的质量m1＝0.310 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. 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图2(b)所示． 若实验允许的相对误差绝对值(||×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程． 答案　见解析 解析　滑块运动的瞬时速度大小v为 v＝① 式中Δs为滑块在时间Δt内走过的路程． 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为T，则 T＝＝0.02 s② 设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0、v1，则由图给实验数据代入①式可得： v0＝ m/s＝2.00 m/s③ v1＝ m/s＝0.970 m/s④[来源:学,科,网Z,X,X,K] 设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有 v2＝⑤ 代入题中所给的数据可得：v2＝2.86 m/s⑥ 设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p′，则 p＝m1v0⑦ p′＝m1v1＋m2v2⑧ 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 δγ＝||×100%⑨ 联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，可得： δγ＝1.7%<5%⑩ 因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律． 【例2】　某同学利用气垫导轨探究两物体作用前后动量是否守恒，气垫导轨装置如图3所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成． 图3 (1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电计时器； ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间； ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动； ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms； ⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g； (2)数据处理与实验结论： ①实验中气垫导轨的作用是：A.________________________________， B．___________________. ②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)[来源:学|科|网Z|X|X|K] ③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们能否得出