第1章 4.实验：验证动量守恒定律-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修1（人教版2019）

4.实验:验证动量守恒定律 学习目标 情境导入 1.能依据已有知识合理设计验证动量守恒的实验方案。 2.能通过实验获取并分析实验数据,进而形成结论。 3.能撰写实验报告,用规范的物理术语、图表等交流实验的探究过程和结论。 　　动量守恒定律的适用条件是系统不受外力或者所受外力的矢量和为零。现实生活中所有的物体都会受到各种力的作用,很难满足这种理想化的条件。但是,在某些情况下,可以近似满足动量守恒的条件,例如验证牛顿第二定律的实验中曾经用平衡摩擦力的方法,使物体在沿长木板方向的合力为零,滑块在气垫导轨上滑动时所受的阻力很小等。 同学们能否把这些情形迁移到本实验中来,设计出满足动量守恒条件的实验方案呢? 课堂合作探究 知|识|梳|理 一、实验原理 在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1'、v2',若系统所受合外力为零,则系统的动量守恒,则m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。 二、实验方案设计 方案1:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒。 (1)质量的测量:用天平测量。 (2)速度的测量:v=,式中的d为滑块上挡光板的宽度,Δt为数字计时器显示的滑块上的挡光板经过光电门的时间。 (3)碰撞情景的实现:如图所示,利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞,利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。 (4)器材:气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平。 方案2:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。 如图甲所示,让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来,与放在斜槽水平末端的另一质量较小的同样大小的小球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动。 甲 乙 (1)质量的测量:用天平测量。 (2)速度的测量:由于两小球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等。如果以小球的飞行时间为单位时间,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。只要测出不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离OM和ON,就可以表示出碰撞前后小球的速度。 (3)碰撞情景的实现。 ①不放被碰小球,让入射小球(质量为m1)从斜槽上某一位置由静止滚下,记录平抛的水平位移OP。 ②在斜槽水平末端放上被碰小球(质量为m2),让入射小球从斜槽同一位置由静止滚下,记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移OM、ON。 ③验证m1·OP与m1·OM+m2·ON在误差允许范围内是否相等。 (4)器材:斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。 三、实验步骤 不论哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下: (1)用天平测出相关质量。 (2)安装实验装置。 (3)使物体发生一维碰撞,测量或读出相关物理量,计算相关速度,填入预先设计好的表格。 (4)改变碰撞条件,重复实验。 (5)通过对数据的分析处理,验证碰撞过程动量是否守恒。 (6)整理器材,结束实验。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)在用气垫导轨进行验证实验时,不需要测量挡光时间。 (×) (2)在利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律时,斜槽一定光滑才行。 (×) (3)在利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律时,要测量小球在空中的时间。 (×) (4)在利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律时,入射小球的质量一定大于被碰小球的质量。 (√) 2.利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时,不需要测量的物理量是 (　　) A.滑块的质量 B.挡光时间 C.挡光片的宽度 D.滑块移动的距离 解析　根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量;只有滑块移动的距离不需要测量,A、B、C三项均错误,D项正确。 答案　D 课堂合作探究 　 探究一　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 【例1】　如图甲所示为验证动量守恒的实验装置,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,A、B均为弹性滑块,质量分别为mA、mB,且选择mA大于mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过程如下: ①调节气垫导轨成水平状态; ②轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为t1; ③A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。 回答下列问题: (1)用螺旋测微器测得遮光片宽度如图乙所示,读数为　　　　mm。  (