1.4 实验验证动量守恒定律【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第一册）

1.4 实验验证动量守恒定律 课程标准 课标解读 1.通过研究气垫导轨上滑块的碰撞，验证动量守恒定律。 2.通过研究斜槽末端小球的碰撞，验证动量守恒定律。 3.通过验证动量守恒定律的实验，培养学生动手操作与实验创新的能力。 1. 理解动量守恒定律的实验原理 2.会用不同的方法设计动量守恒定律的实验. 3.提供学生的实验创新素养． 知识点01 实验原理 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等． 【即学即练1】(多选)对于实验最终的结论m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，下列说法正确的是(　　) A． 仅限于一维碰撞 B． 任何情况下m1v＋m2v＝m1v′＋m2v′也一定成立 C． 式中的v1、v2、v1′、v2′都是速度的大小 D． 式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和 【答案】AD 【解析】这个实验是在一维碰撞情况下设计的实验；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量，应考虑方向．故选项A、D正确． 知识点02 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．测质量：用天平测出滑块的质量． 2．安装：正确安装好气垫导轨，如图所示． 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碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)． 4．验证：一维碰撞中的动量守恒． 【即学即练2】利用气垫导轨做实验来验证动量守恒定律。开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻弹簧，滑块用绳子连接，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动。得到如图所示的两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz。已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，A、B离开弹簧后，A滑块做匀速直线运动，其速度大小为___________m/s，本次实验中得出的结论是___________。 【答案】0.09 两滑块组成的系统在相互作用过程中动量守恒 【解析】[1][2]由题图可知，绳子烧断后，A、B均做匀速直线运动。开始时有 A、B被弹开后有 则 由此可得 即 结论是：两滑块组成的系统在相互作用过程中动量守恒。 考法01利用其它方法验证动量守恒定律 一、利用长木板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光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图所示． 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，把两小车连接成一个整体运动． 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． 二、利用斜槽滚球完成一维碰撞实验： 1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球． 2．安装：按照如图甲所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平． 甲　　　　　　　　　乙 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置O. 4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置． 5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤4中的高度)自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图乙所示． 6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立． 7．整理：将实验器材放回原处． 【典例1】某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来寻找不变量，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时，恰能保持静止，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次． 图中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点．若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平