1.4实验：验证动量守恒定律-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第一册）

第一章 动量守恒定律 第三节 实验：验证动量守恒定律 [核心素养·明目标] 项目 应知应会 实验目的 (1)验证动量守恒定律。 (2)体会将不易测量的物理量转换为易测量的物理量的实验设计思想。 实验原理 实验原理在一维碰撞中，测出相碰撞两物体的质量m1、m2和碰撞前物体的速度v1、v2及碰撞后物体的速度v1′、v2′，求出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。 实验器材 方案1.气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案2.槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、天平(附砝码)、毫米刻度尺、复写纸、白纸、圆规、小铅锤。 实验步骤及 注意事项 实验步骤： 方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 1.测质量：用天平测出两个滑块质量。 2.安装：正确安装好气垫导轨及有关器材，如图所示。 3.实验：接通电源，进行实验，分别记录两个滑块碰撞前后经过光电门的挡光时间。 4.改变：(1)改变滑块的质量；(2)改变滑块的初速度大小和方向。重复步骤3的实验。 5.结束：整理好实验器材放回原处。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。 1.用天平测出两个小球的质量。 2.将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 3.首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 4.再将球B放在槽口末端，让球A从点C由静止释放，撞击球B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 5.取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、点M和点N，用刻度尺测出lOP、lOM和lON。 6.改变点C位置，重复上述实验步骤。 注意事项： 1．碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 2．若利用方案一进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。 3．若利用方案二进行验证： (1)做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向(判断斜槽末端是否水平的方法：将小球放到斜槽末端任一位置，均不滚动)。 (2)同一次实验中，必须保证球A每次都从斜槽上同一点由静止释放。 (3)实验时，必须保证球A的质量大于球B的质量。 (4)找P、M、N各点的平均位置时，用圆规画最小的圆将所有落点包含在内，则圆心的位置即为各点的平均位置。 数据处理 方案一： 1.滑块速度的测量：v＝，式中d为滑块上挡光片的宽度(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＝m1v1′＋m2v2′。 方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒。 1.连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。 2.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是否符合要求。 (1)碰撞是否为一维。 (2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。 2.偶然误差： (1)测量小球质量时的偶然误差。 (2)实验时斜槽末端没有水平，使得小球离开斜槽后不做平抛运动。 (3)A、B球碰撞时不是严格的一维正碰。 (4)找P、M、N各点的平均位置时出现的偶然误差。 例1.用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片． (1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是________________。 (2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行． 第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为Δt2，滑块B通过光电门2的时间为Δt3。 第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为Δt5。 为完成该实验，还必须测量的物理量有________(填选项前的字母)。 A．挡光片的宽度d B．滑块A的总质量m1 C．滑块B的总质量m2 D．光电门1到光电门2的距离L (3)在第二次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为________________(用已知量和测量量表示)。 (4)在第一次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中机械能守恒，则应该满足的表达式为________________(用已知量