第1章 4 实验：验证动量守恒定律（Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

 

4　实验：验证动量守恒定律

[学业要求与核心素养]

 

一、实验原理

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小球发生碰撞，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s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′，就可以表示出碰撞前后小球的速度。

二、实验器材

斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。

三、实验步骤

1．取两个大小相同的小球，测出它们的质量m1、m2，质量大的作为入射小球。

2．按图1所示安装好实验装置并使斜槽末端水平。

图1

3．在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。

4．在白纸上记下重垂线所指的位置O(图2)，它表示两小球做平抛运动的初始位置的水平投影。

图2

5．先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某一高度处静止滚下，重复10次，用圆规画一个尽可能小的圆，把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生直接平抛的落地点P(图3)。

6．把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度由静止滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿照上面步骤得到入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N(图3)。

图3

7．过O和N在纸上作一直线。

8．用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。

9．把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看看是否成立。

四、注意事项

1．“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。

2．斜槽末端必须水平。

3．入射球的质量应大于被碰球的质量。

4．入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下。

探究点一　实验操作与数据处理

　某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验；气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。

(1)下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通光电计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；

⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200 g。

(2)数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

A．________________________________________________________________________；

B．________________________________________________________________________。

②碰撞前滑块1的速度v1为________________ m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________________ m/s；滑块2的速度v3为______________ m/s。(结果均保留两位有效数字)

③碰撞之前，两物体的总动量为__________kg·m/s。

碰撞之后，两物体的总动量为__________kg·m/s。

由此可知两物体碰撞前后系统的总动量__________。

[解析]　(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。B.保证两个滑块的碰撞是一维的。

②滑块1碰撞之前的速度