第1章 第3节 第2课时 动量守恒定律的验证（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第2课时　动量守恒定律的验证 一、实验目的 通过实验验证动量守恒定律． 二、实验原理 检验碰撞前后是否满足动量守恒定律． 即m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2 三、实验器材 斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、铅垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板． 四、实验步骤 1．用天平分别测出两小球的质量，记为m1、m2，并选定质量大的小球为入射小球，质量小的小球为被碰小球． 2．按照如图所示安装实验装置，调整固体斜槽．调整时应使斜槽末端水平． 3．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．先不放被碰小球，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(偏离较远的个别点可略去)圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置． 5．把被碰小球放在槽口上，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，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和被碰小球落点的平均位置N，如图所示． 五、数据处理 连接ON，用刻度尺测量并记录线段OP、OM、ON的长度，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立． 六、误差分析 1．小球落点位置确定的是否准确是产生误差的一个原因，因此在确定落点位置时，应严格按步骤4中的方法操作． 2．入射小球每次是否从同一高度无初速度滑下是产生误差的另一原因． 3．两球的碰撞若不是对心正碰也会产生误差． 4．线段长度的测量产生误差． 5．入射小球释放的高度太低，两球碰撞时内力较小会产生误差． 要点一　用斜槽和钢球验证动量守恒定律 如图所示为“用斜槽小球验证动量守恒定律”的实验装置示意图． (1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)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)(多选)本实验中，实验必须要求的条件是(　　) A．斜槽轨道必须是光滑的 B．斜槽轨道末端点的切线是水平的 C．入射小球每次都从斜槽上同一位置无初速度释放 D．入射球与被碰球满足ma＞mb，ra＝rb (3)如图，其中M、P、N分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是(　　) A．ma·ON＝ma·OP＋mb·OM B．ma·OP＝ma·ON＋mb·OM C．ma·OP＝ma·OM＋mb·ON D．ma·OM＝ma·OP＋mb·ON 解析　(1)在此实验装置中两球的飞行时间相同，实验中可用平抛时间作为时间单位，从而变比较速度大小为比较水平位移的大小． (2)此实验要求两小球平抛，所以应使斜槽末端点的切线是水平的，B对．要求碰撞时入射小球的速度不变，应使入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速度释放即可，C对，A错．为使入射小球不返回且碰撞时为对心正碰，应使ma＞mb且ra＝rb，D对． (3)实验中要验证mav1＝mav1′＋mbv2′，取平抛时间为时间单位，则变为ma＝ma＋mb，即ma·OP＝ma·OM＋mb·ON. 答案　(1)平抛时间　(2)BCD　(3)C [训练1]　某同学在做“探究碰撞中的不变量”实验中，所用装置如图所示． 　　　　甲　　　　　　　　　　乙 (1)下面是本实验部分测量仪器或工具，需要的是________． A．秒表　　　　　　　 B．天平 C．刻度尺 D．弹簧秤 (2)为了完成本实验，下列必须要求的实验条件是________． A．斜槽轨道末端的切线必须水平 B．入射球和被碰球的质量必须相等 C．入射球和被碰球大小必须相同 D．入射球每次不必从轨道的同一位置由静止滚下 (3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中质量与速度的乘积mv守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为________． 解析　(1)本实验需要天平称量物体的质量，需要刻度尺测量长度，故选BC. (2)要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故A正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1＞m2，防止碰后m1被反弹，故B错误；为保证两球正碰，则两球大小必须相等，选项C正确；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，故D错误；故选AC. (3)若质量与速度的乘积mv守恒，则有 m1·＝m1·＋m2· 代入数据，有：m1×0.255＝m1×0.155＋m2×0.400 解得：m1∶m2＝4∶1. 答案　(1)BC　(2)AC　(3)4∶1 要点二　应用气垫导轨验证动量守恒定律 某同学利用打点计时器和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