1.4 实验：验证动量守恒定律（配套课件）-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（人教版2019选择性必修第一册）津鲁琼浙云晋皖黑吉桂

4　实验：验证动量守恒定律 第一章　动量守恒定律 【学习目标】 1.会根据器材和要求设计实验方案. 2.通过实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒. 【内容索引】 精析典题 提升能力 随堂演练 逐点落实 课时 对点练 明确原理 提炼方法 MINGQUEYUANLI　 TI LIAN FANG FA 明确原理　提炼方法 1 一、实验原理 在一维碰撞的情况下，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′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则 . m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ 二、实验方案设计 方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 (1)质量的测量：用 测量. (2)速度的测量：v＝ ，式中的d为滑块上挡光板的 ，Δt为数字计 时器显示的滑块上的挡光板经过 的时间. 光电门 天平 宽度 (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、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平. 方案2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 图2 (1)质量的测量：用 测量. 天平 如图2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同样大小的小球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动. (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.如果以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OP，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON，就可以表示出碰撞前后小球的速度. (3)碰撞情景的实现： ①不放被碰小球，让入射小球m1从斜槽 上某一位置由 滚下，记录平抛的水 平位移OP. ②在斜槽水平末端放上被碰小球m2，让m1从斜槽 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OM、ON. ③验证 与 在误差允许范围内是否相等. 静止 同一 m1OP m1OM＋m2ON (4)器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规. 三、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，验证碰撞过程动量是否守恒. (6)整理器材，结束实验. 返回 JING XI DIAN TI　 TISHENGNENGLI 精析典题　提升能力 2 一、验证气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝ ，其中d为挡光板的宽度. 2.注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算. 3.造成实验误差的主要原因是存在摩擦力.利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平. 例1　某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，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. (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接通数字计时器； 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； 图3 ⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； ⑦读出滑块通过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测出挡光板的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为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._____