内容正文:
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一轮· 物理
实验技能 自主学习
实验要点 互动探究
随堂检测 巩固提升
实验八 验证动量守恒定律
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1.实验原理
在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′,算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量是否相等。
2.实验器材
斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线。
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3.实验步骤
(1)用天测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照如图甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端水平。
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(3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。
(4)不放被撞小球,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小球所有的落点都圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
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(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,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)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度,将测量数据填入表中,最后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看在误差允许的范围内是否成立。
(7)整理好实验器材,放回原处。
(8)实验结论:在实验误差允许范围内,碰撞系统的动量守恒。
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1.数据处理
验证表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。
2.注意事项
(1)斜槽末端的切线必须水平。
(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。
(3)选质量较大的小球作为入射小球。
(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
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3.误差分析
(1)系统误差
①碰撞是否为一维碰撞,是产生误差的一个原因,设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
②碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因,实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。
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(2)偶然误差:测量和读数的准确性带来的误差,实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减少偶然误差的影响。
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命题点一 教材原型实验
角度1 实验原理与操作
典例1 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律。
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(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1________(选填“大于”“等于”或“小于”) m2。
[解析] (1)为防止碰撞后入射小球反弹,实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。
大于
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(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时,先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP。然后,把被碰小球m2静置于轨道末端的水平部分,再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放,与小球m2相碰,并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的字母)
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量小球m1开始释放的高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM、ON
ADE
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[解析] (2)如果碰撞过程系统动量守恒,以水平向右为正方向,由动量守恒定律得m1v1=m1v2+m2v3,小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得m1v1t=m1v2t+m2v3t,得m1·OP=m1·OM+m2·ON,所以实验需要测量:两球的质量、两球落地点的水平位移,故选A、D、E。
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