1.3.2 实验：动量守恒定律的验证-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（粤教版2019选择性必修第一册）word

第2课时　实验：动量守恒定律的验证 [学习目标]　1.明确实验原理，设计实验，验证动量守恒定律.2.通过实验培养动手操作与实验创新能力． 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、实验设计 如图1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． 图1 1．质量的测量：用天平测量． 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静止滚下，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从斜槽同一位置由静止滚下，记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON. (3)验证m1OP与m1OM＋m2ON在误差允许范围内是否相等． 四、注意事项 1．入射球质量大于被碰球的质量． 2．每次要控制入射球从相同的高度自由滑下． 3．调节实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，支柱与槽口间距离等于小球直径，且两球碰撞时处在同一高度． 4．为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置．为此，需要让入射小球从同一高度多次滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置． 5．不需要测量速度的具体数值．因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量． 一、实验原理和实验数据处理 某同学用图2甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，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2 图甲中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，且平行于OP.米尺的零点与O点对齐． (1)入射球A的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA________mB(选填“>”“<”或“＝”)． (2)碰撞后B球的水平射程约为________cm. (3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是________(填选项前的字母)． A．水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离 B．A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离 C．测量A球或B球的直径 D．测量A球和B球的质量 E．测量G点相对于水平槽面的高度 (4)若系统动量守恒，则应有关系式：___________________________________________. 答案　(1)>　(2)64.7(64.2～65.2均可)　(3)ABD　(4)mA·OP＝mA·OM＋mB·ON 解析　(1)要使两球碰后都向右运动，A球质量应大于B球质量，即mA>mB. (2)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm. (3)从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移x＝vt，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度．故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，及A、B两球的质量，故A、B、D正确． (4)若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAvA′＋mBvB′， 将vA＝，vA′＝，vB′＝代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON. 针对训练　如图3所示为“验证动量守恒定律”的实验装置示意图．入射小球质量为ma，被碰小球质量为mb. 图3 (1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)在空中的飞行时间相同，所以我们在实验中可以用________作为时间单位． (2)关于本实验，下列说法正确的是_