(教用word)第1章 4 实验：验证动量守恒定律-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册(人教版2019)

4　实验：验证动量守恒定律 【知识储备】 1．动量守恒定律的内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。 2．动量守恒定律的表达式：对两个物体组成的系统，常写成p1＋p2＝p′1＋p′2或m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2。 3．动量守恒定律的适用条件：一是系统不受外力，二是系统所受合外力为0。 【实验目的】 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。 【实验思路】 在一维碰撞中，测出相碰撞的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v′1、v′2，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v′1＋m2v′2，看碰撞前、后动量是否相等。 【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、刻度尺、弹簧、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。 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)、刻度尺、天平、撞针、橡皮泥等。 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、刻度尺等。 【进行实验】 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；③改变滑块的碰撞方式)。 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A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间隔，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，如图乙所示。 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。 7．整理：将实验器材放回原处。 【数据分析】 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＝m1v′1＋m2v′2。 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＝m1v′1＋m2v′2。 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。 【误差分析】 1．系统误差：主要来源于装置本身及实验方案。 (1)碰撞是否为一维碰撞。 (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。 【注意事项】 1．保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动。 2．气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑块放在轨道面上滑动。 3．若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。 4．利用斜槽时应注意： (1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(即m1>m2)。 (2)入射小球半径等于被碰小球半径。 (3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度由静止滑下。 (4)斜槽末端的切线方向水平。