第1章 4 实验：验证动量守恒定律-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册【名师导航】同步Word教参(人教版)

4．实验：验证动量守恒定律 实验目标：1.通过实验用不同的方法探究碰撞中的动量守恒．　2.领会探究碰撞中动量守恒的基本思路．　3.通过实验得到一维碰撞中的动量守恒定律的表达式． 一、实验原理与方法 　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． 二、实验器材 　方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥． 方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥． 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等． 三、实验过程 方案一：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． 方案二：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． 方案三：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． 四、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：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 1．小车速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出． 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′. 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON. 五、误差分析 1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求． (1)碰撞是否为一维． (2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力，两球是否等大等． 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． 六、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，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平． (2)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力． (3)若利用平抛运动规律进行验证： 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． 3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变． 【例1】　用如图甲所示的装置探究碰撞中的动量守恒，小车P的前端、小车Q的后端均粘有橡皮泥，小车P的后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，推一下小车P，使之运动，与静止的小车Q相碰粘在一起，继续运动． (1)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得B、C、D、E