实验01 验证动量守恒定律-【同步实验课】2023-2024学年高二物理物理教材实验大盘点

实验01 验证动量守恒定律 【实验目的】 1.明确验证动量守恒定律的基本思路。 2.验证一维碰撞中的动量守恒。 3.知道实验数据的处理方法。 【实验方案】 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.实验器材：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 2.实验原理 (1)用天平测量两滑块的质量m1、m2。 (2)调整导轨使之处于水平状态，并使数字计时器系统正常工作。 (3)利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度。 (4)验证表达式m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2，是否成立。 方案二　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 1.实验器材：铁架台，斜槽轨道，两个大小相等、质量不同的小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等。 2.实验的基本思想——转化法 不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。 3.实验原理：如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下，与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰，之后两小球都做平抛运动。 (1)质量的测量：用天平测量质量。 (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。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP，以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。 4.数据分析：若在实验误差允许的范围内，m1sOP＝m1sOM＋m2sON，即可验证动量守恒定律。 要点1　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法，v＝＝，其中d为挡光板的宽度。 2.注意速度的矢量性：规定一个正方向，碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值，跟正方向相反即为负值，比较m1v1＋m2v2与m1v1′＋m2v2′是否相等，应该把速度的正负号代入计算。 3.造成实验误差的主要原因是存在摩擦力。利用气垫导轨进行实验，调节时确保导轨水平。 【例1】 小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，实验装置如图所示。 (1)将滑块b放置在气垫导轨上，打开气泵，待气流稳定后，调节气垫导轨，直至观察到滑块b能在短时间内保持静止，说明气垫导轨已调至________； (2)用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb； (3)在滑块上安装配套的粘扣，并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度，滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起，并一起通过光电门2，遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2，则上述物理量间如果满足关系式________________，则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。 (4)本实验________(“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。 要点2　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 本实验注意事项 (1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(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处由静止滚下。 (4)斜槽末端的切线方向水平。 (5)为了减小误差，需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置。为此，需要让入射小球从同一高度多次由静止滚下，进行多次实验，然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面，其圆心即为小球落点的平均位置。 (6)不需要测量速度的具体数值。因平抛运动高度相同，下落时间相等，速度的测量可转换为水平距离的测量。 【例2】 (2023·江苏南通高二开学考试)小华利用斜槽滚球“验证动量守恒定律”，装置如图甲所示。 (1)小华分别测量出入射小球A、被碰小球B的质量分别为mA、mB，为了防止碰撞后球A反弹，应保证mA________mB(选填“>”“＝”或“<”)。 (2)下列实验操作步骤，正确顺序是________。 ①在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下铅垂线所指的位置O ②安装好斜槽 ③用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度为x1、x2、x3 ④不放球B，让球A从G点由静止滚下，并落在地面上，重复多次实验 ⑤将球B放在斜槽前端边缘位置，让球A从G点由静止滚下，使A、B碰撞，重复多次实验 (3)图乙中小球落地点的平均位置为________cm。 (4)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒，则需验证的关系式为________________(用题中给出的物理量表示)。 (5)实验中造成误差的可能原因有________。 A.斜槽轨道不光滑 B.斜槽轨道末端不水平 C.斜槽轨道末端到地面的高度未测量 D.测得的OM、OP、ON的长度值不准确 验证动量守恒定律的实验创新设计方法 (1)根