2022届高考物理一轮突破实验八 验证动量守恒定律

实验八　验证动量守恒定律 实验目的和器材 实验原理 实验目的 验证动量守恒定律 在一维碰撞中,测出两物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v',找出碰撞前的总动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的总动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否相等 实验器材 实验过程 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 方案二:利用光滑长木板完成一维碰撞实验 方案三:利用等长摆球完成一维碰撞实验 方案四:利用斜槽滚球验证动量守恒定律 数据处理 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1.滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。 方案二:利用光滑长木板完成一维碰撞实验 1.小车速度的测量:通过纸带上两计数点间的距离及时间,由v=计算。 2.验证的表达式:m1v1=(m1+m2)v2。 方案三: 利用等长摆球完成一维碰撞实验 1.摆球速度的测量:v=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起)的高度,h可由摆角和摆长(l+)计算出。 2.验证的表达式:m1v1=m1v1'+m2v2'。 方案四:利用斜槽滚球验证动量守恒定律 1.小球水平射程的测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。 2.验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。 【误差分析】 1.系统误差:主要来源于实验器材及实验操作等。 (1)碰撞是否为一维。 (2)气垫导轨是否完全水平,摆球受到空气阻力,小车受到长木板的摩擦力,入射小球的释放高度存在差异。 2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。 【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验证,给滑块的初速度应沿着导轨的方向。 (2)若利用摆球进行验证,实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上,将摆球拉起后,两摆线应在同一竖直面内。 (3)若利用两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。 (4)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端切线水平,且选质量较大的小球为入射小球。 教材原型实验 【典例1】用半径均为r的小球1和小球2碰撞来验证动量守恒定律,实验装置如图甲所示,斜槽与水平槽圆滑连接。安装固定好实验装置,竖直挡板上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,用夹子固定,小球球心与O点位置等高,实验步骤如下: 步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在竖直挡板上。重复多次,确定小球落点的平均位置P; 步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,确定碰撞后两小球落点的平均位置M、N; 步骤3:用毫米刻度尺测得O点与M、P、N三点的竖直方向的距离分别为h1、h2、h3。 (1)两小球的直径用螺旋测微器核准相等,测量结果如图乙,则两小球的直径均为　　　　　mm。 (2)设球1和球2的质量分别为m1、m2,若满足　　　　,则说明碰撞过程动量守恒,若还满足　　　　　,则说明两球发生的碰撞为弹性碰撞。(用m1、m2、h1、h2、h3表示) 创新型实验 类型一　不变目的变装置(气垫导轨+光电门) 【典例2】为了验证动量守恒定律,某同学使用如图甲所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当两个刚性滑行器通过G1、G2光电门时,光束被滑行器上的挡光片遮挡的时间称为光电门的挡光时间。预先测得滑行器连同挡光片的总质量分别为M、m(M>m),两挡光片宽度为D(两挡光片宽度相同)。该同学想在水平的气垫导轨上,只利用以上仪器验证动量守恒定律,请回答下列问题: (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺母,使气垫导轨水平。在不增加其他测量器材的情况下,调水平的步骤是:接通气垫导轨装置的电源,调节导轨下面的螺母,若滑行器M放在气垫导轨上的任意位置都能保持静止,或者轻推滑行器M,M分别通过光电门G1、G2的时间　　　　　,则导轨水平。 (2)用游标卡尺测量两挡光片的宽度如图乙所示,则D=　　　　　mm。 (3)将滑行器M静置于两光电门之间,将滑行器m置于光电门G1右侧,用手推动m,使m获得水平向左的速度经过光电门G1并与M发生碰撞且被弹回,再次经过光电门G1。光电门G1先后记录的挡光时间为Δt11、Δt12,光电门G2记录的挡光时间为Δt2。在本次实验中,若表达式　　　　　(用M、m、Δt11、Δt12、Δt2表示)在误差允许的范围内成立,则动量守恒定律成立。  类型二　不变目的变装置(斜面+频闪照相) 【典例3】为了验证动量守恒定律,某实验小组选取两个材质相同而质量不同的滑块