第1章 第4节 实验：验证动量守恒定律（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（教科版2019）

第4节　实验：验证动量守恒定律 通过实验验证动量守恒定律． 检验碰撞前后是否满足动量守恒定律． 即m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2 斜槽、大小相同而质量不同的小钢球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板． 1．用天平分别测出两个小球的质量，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．按如图甲所示安装好实验装置，并使斜槽末端水平． 　 　 　　　　　甲　　　　　　　　　　乙 3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸．在白纸上记下重垂线所指的位置O(图乙). 4．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处由静止滚下，重复10次，用圆规画一个尽量小的圆，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(图丙). 丙 5．把被碰小球放在斜槽的末端上，让入射小球从斜槽上同一高度由静止滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次，仿照步骤4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(图丙). 过O和N在纸上作一直线，用刻度尺测量并记录线段OP、OM、ON的长度，把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立． 1．小球落地点的平均位置确定不准确是产生误差的一个原因，故应严格按步骤4中的方法操作． 2．没有让入射小球从同一高度无初速度滑下是产生误差的一个原因． 3．两球的碰撞不是对心正碰时会产生误差． 4．线段长度的测量会产生误差． 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　用斜槽和小球验证动量守恒定律 如图所示，用斜槽和小球验证动量守恒定律． (1)因为下落高度相同的平抛小球的飞行时间相同(不计空气阻力)，所以我们在实验中可以用____________作为时间单位． (2)(多选)本实验中，必须满足的条件是(　　) A．斜槽轨道是光滑的 B．斜槽轨道末端是水平的 C．入射小球每次都从斜槽上同一位置无初速度释放 D．入射小球与被碰小球满足ma＞mb，ra＝rb (3)图中M、N分别为入射小球与被碰小球对应的落地点的平均位置，P为入射小球发生直接平抛的落地点．则实验中要验证的关系式是(　　) 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，从而通过比较水平位移的大小来比较速度大小． (2)此实验要求两小球平抛，所以应使斜槽末端是水平的，B正确．要求碰撞前瞬间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，C正确，A错误．为使两小球发生对心正碰且入射小球不反向运动，应使ma＞mb且ra＝rb，D正确． (3)实验中要验证mav1＝mav1′＋mbv2′，设做平抛运动的时间为t，则上式可改为ma＝ma＋mb，即ma·OP＝ma·OM＋mb·ON. 答案　(1)平抛时间　(2)BCD　(3)C [训练1]　如图甲所示，用斜槽和小球验证动量守恒定律． (1)下列测量仪器或工具中，本实验中必须用到的是________． A．秒表　　　　　　 B．天平 C．刻度尺 D．弹簧测力计 (2)本实验中必须满足的实验条件是________． A．斜槽轨道末端水平 B．入射小球和被碰小球的质量相等 C．入射小球和被碰小球的大小相同 D．入射小球每次从轨道的不同位置由静止释放 (3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示，其中M、N分别为入射小球与被碰小球对应的落地点的平均位置，P为入射小球发生直接平抛的落地点．假设碰撞过程中两小球的动量守恒，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)要保证碰撞后两个小球做平抛运动，故斜槽轨道末端必须水平，故A正确；入射小球的质量要大于被碰小球的质量，即m1＞m2，防止碰后入射小球被反弹，故B错误；为保证两球发生正碰，则两球大小必须相等，选项C正确；为保证入射小球碰撞的初速度相同，入射小球每次必须从轨道的同一位置由静止释放，故D错误．故选AC. (3)若两小球的动量守恒，则有 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 则解得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验证动量守恒定律，实验所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成(如图所示). 实验的主要步骤如下： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的底脚螺丝，使导轨处于水平； ②向气垫导轨通入压缩