第一章 实验 验证动量守恒定律-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（粤教版）

实验　验证动量守恒定律 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′,算出碰撞前的总动量 p=m1v1+m2v2及碰撞后的总动量 p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前、后总动量是否相等. 二、实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等. 三、实验步骤 1.按图所示安装实验仪器,通过水平调节螺钉使斜槽末端处于水平,钢球放在上面能保持静止状态.在木板上依次铺上白纸、复写纸.利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和点O′. 2.用天平测出两个大小相同、但质量不同的钢球的质量,质量大的钢球m1作为入射球,质量小的钢球m2作为靶球. 3.先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置自由滑下,在白纸上留下落地碰撞的痕迹. 4.让入射球从斜槽上端同一位置自由滑下,与放在支球柱上的靶球发生碰撞,两球分别在白纸上留下落地碰撞的痕迹. 5.测出入射球m1两次落地碰撞点与点O的距离s和s1,靶球m2落地碰撞点与点O′的距离s2. 一、数据处理 由于钢球离开斜槽末端后做平抛运动,钢球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等,故钢球飞出的水平距离与飞出速度成正比.因此,若m1s在实验误差允许范围内与m1s1+m2s2相等,就验证了两钢球碰撞前后总动量守恒. 二、误差分析 项目 产生原因 减小方法 系统 误差 实验所研究的过程是两个不同质量的球发生水平正碰 实验中“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件 实验中两球心高度不在同一水平面上,给实验带来误差 要选择大小一样的球 系统 误差 每次由静止释放入射小球的释放点越高,两球相碰时内力越大,动量守恒的误差越小 尽量增大释放点的高度,增大碰撞初速度 偶然 误差 每次小球的落点不尽相同 应进行多次碰撞,落点取平均位置来确定,以减小偶然误差 三、注意事项 1.入射球的质量必须大于靶球的质量. 2.每次都要控制入射球从相同的高度自由滑下. 3.在调节实验装置时,要使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平,支球柱与槽口间距离等于钢球直径,而且两球相碰时处在同一高度. 4.地面应水平,白纸铺好后,实验过程中不能移动,否则会造成很大的误差. 本实验也可用两个滑块来验证动量守恒定律.实验装置如图所示. 1.如图1所示,把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止,烧断拴弹簧片的细线,测出两滑块的质量和速度. 2.如图2所示,在滑块上安装好弹性碰撞架.将两滑块分别从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动,再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度.测出它们的质量. 3.如图3所示,在滑块上安装好撞针及橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞,一起运动经过另一光电门,测出两滑块的质量和速度. 设两个滑块的质量分别为m1,m2,碰撞前的速度分别为v1,v2,碰撞后的速度分别为v1′,v2′,如果速度与我们规定的正方向相同取正值,相反取负值. 根据实验求出两滑块碰前动量p=m1v1+m2v2,碰后动量p′=m1v1′+m2v2′,看p与p′是否相等,从而验证动量守恒定律. 类型一　实验原理与操作 [例1] 某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验. (1)在验证动量守恒定律的实验中,必须要求的条件是　　　.(多选) A.轨道是光滑的 B.轨道末端的切线是水平的 C.m1和m2的球心在碰撞的瞬间在同一高度 D.碰撞的瞬间m1和m2球心连线与轨道末端的切线平行 E.每次m1都要从同一高度由静止滚下 (2)在验证动量守恒定律的实验中,必须测量的量有　　　　.(多选) A.小球的质量m1和m2 B.小球的半径r C.桌面到地面的高度H D.小球m1的起始高度h E.小球从抛出到落地的时间t F.小球m1未碰撞飞出的水平距离 G.小球m1和m2碰撞后飞出的水平距离 解析:(1)为了保证小球做平抛运动,轨道的末端需切线水平,轨道不一定需要光滑,故A错误,B正确.为了发生对心碰撞,m1和m2的球心在碰撞的瞬间在同一高度,故C正确.碰撞后两球均要做平抛运动,碰撞的瞬间m1和m2球心连线与轨道末端的切线平行,故D正确.为了保证碰撞前小球的速度相等,每次m1都要从同一高度由静止滚下,故E正确. (2)小球离开轨道后做平抛运动,小球下落的高度相同,在空中的运动时间t相同,由s=vt可知,小球的水平位移与小球的初速度v成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度,如果小球动量守恒,满足关系式m1v0=m1v1+m2v2,故有m1v0t=m1v1t+m2v2t,即m1·OP=m