第04讲 实验：验证动量守恒定律-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019选择性必修一）

第04讲 实验：验证动量守恒定律 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1．理解本实验中验证碰撞中动量守恒的方法； 2．掌握实验装置中的几个要点及实际操作； 3．明确实验中要测量的数据并对实验数据进行分析和归纳进而得到结论。 1．实验原理是以平抛的位移替代碰撞前后的速度进而计算碰撞前后瞬间的动量； 2．小球的选择、装置的调节、落点的确定； 3．从测量数据中分析出实验结论； 4．能够根据实验，对实验进行误差分析。 ( 知识精讲 ) 知识点01 实验目的、实验原理 1．实验目的 (1)验证一维碰撞中的动量守恒． (2)探究一维弹性碰撞的特点． 2．实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否守恒． 【即学即练1】在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验必须要求的条件是(　　) A．斜槽轨道必须是光滑的 B．斜槽轨道末端的切线是水平的 C．入射球每次都要从同一高度由静止滚下 D．碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行 知识点02 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．实验器材：气垫导轨、光电计时器、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． 2．测质量：用天平测出滑块质量． 3．安装：正确安装好气垫导轨． 4．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)． 5．验证：一维碰撞中的动量守恒． 【即学即练2】某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验．气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，导轨空腔内不断通入的压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差． (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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向； ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑤把滑块2放在气垫导轨的中间； ⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动； ⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图所示； ⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g. 试完善实验步骤⑥的内容． (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算结果保留三位有效数字． 计算碰撞前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s； 碰撞后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s. 计算碰撞前m1v＋m2v＝________kg·m2/s2； 碰撞后m1v′＋m2v′＝________kg·m2/s2. 计算碰撞前＋＝________m/(s·kg)； 碰撞后＋＝________m/(s·kg)． (3)通过以上计算可知，碰撞中的不变量应是____________________________________________. (4)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_________________________________________. 知识点03 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 1．实验器材：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等． 2．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. 3．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来． 4．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下后它们相碰． 5．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度． 6．改变条件：改变碰撞条件，重复实验． 7．验证：一维碰撞中的动量守恒． 【即学即练3】(多选)在“研究动量守恒定律的实验”时，用如图所示的装置进行实验，下列说法中正确的是(　　) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C．两小球必须都是刚性球，且质量相同 D．两小球碰后可以合在一起共同运动 知识点04 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 1．实验器材：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥． 2．测质量：用天平测出两小车的质量． 3．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