1.4 实验：验证动量守恒定律（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（教科版）

4　实验：验证动量守恒定律 一、实验目的 1．掌握动量守恒的条件。 2．验证动量守恒定律。 二、实验思路及装置 如图甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下，与放在斜槽末端的另一大小相等、质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。 由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和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(如图乙所示)。若在实验误差允许的范围内m1·OP与m1·OM＋m2·ON相等，就验证了两个小球碰撞前后的总动量定恒。 一、实验步骤 1．取两个大小相同的小球，测出它们的质量m1、m2。 2．按图1所示安装好实验装置并使斜槽末端水平。 图1 3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。 4．在白纸上记下重垂线所指的位置O(如图2所示)，它表示两小球做平抛运动的初始位置的水平投影。 图2 5．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处静止滚下，重复10次，用圆规画一个尽可能小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生直接平抛的落地点P(如图3所示)。 图3 6．把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿照上一步骤得到入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N(如图3所示)。 7．过O和N在纸上作一直线。 8．用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。 9．把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看看是否成立。 二、误差分析 1．系统误差 (1)碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。 (2)碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。 2．偶然误差 测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减少偶然误差的影响。 三、注意事项 1．斜槽末端的切线必须水平； 2．入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； 3．选质量较大的小球作为入射小球； 4．实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 题型一　实验原理与操作 [典例1]　如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 (1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。 A．小球开始释放的高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 (2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让小球1多次从倾斜轨道上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把小球2静置于轨道水平部分的末端，再将小球1从倾斜轨道上S位置由静止释放，与小球2相碰，并多次重复。 接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的符号) A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球1开始释放的高度h C．测量抛出点距地面的高度H D．分别找到两个小球相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON (3)若两球碰撞前后的动量守恒，其表达式为________________[用(2)中测量的量表示]。 [解析]　(1)根据小球的平抛运动规律，可以用位移x代替速度v，故可以通过测量小球做平抛运动的射程来代替测量小球碰撞前后的速度。 (2)待测的物理量就是位移x(水平射程OM、ON)和小球的质量m，所以要完成的必要步骤是ADE。 (3)若两球碰撞前后动量守恒，则m1v0＝m1v1＋m2v2，又OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t，代入得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 [答案]　(1)C　(2)ADE　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 题型二　 实验数据处理及分析 [典例2]　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(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读出滑块通过两个光电门的挡光时间，滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms