资源简介

(共30张PPT)
第一章 动量守恒定律
第4节 实验：验证动量守恒定律
第2课时 数据处理与创新
任务1 数据处理
情境引入
课本“参考案例1”中的气垫导轨如图所示。图中两滑块上分别装有遮光片，遮光片的宽度为 。气垫导轨的框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置。从遮光片穿入光电门将光挡住开始计时，穿过光电门后不再挡光则停止计时，记录的时间为 。
问题引领
1.滑块的速度如何计算？
[答案] 滑块通过光电门时，光电计时器记录宽度为 的遮光片的遮光时间 ，那么可以计算出遮光片经过光电门的平均速度 ，由于遮光片的宽度很小，通过光电门的时间很短，往往以此平均速度当作滑块经过光电门时的瞬时速度。
2.如何区分滑块碰撞前后的速度
[答案] 比较碰撞前后滑块通过光电门的时间长短。
知识生成
碰撞前后滑块在气垫导轨上的运动都是①_______________，因此我们测量滑块匀速运动的速度即可，假设滑块通过光电门的时间为 ，滑块上面遮光片的宽度为 ，则滑块的速度 ②_ ____。
匀速直线运动

应用探究
[活动]根据纸带求碰撞前后的动量
例1 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：将打点计时器固定在光滑的长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车 的后面。让小车 运动，小车 静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图1，碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后，先接通电源然后轻推小车 ，使 获得一定的速度，打点计时器在纸带上打下一系列的点，已知电源频率为 。
（1）实验中打出的纸带如图2所示，并测得各计数点间距标在图上，则应选______段计算 的碰前速度；应选______段计算 和 碰后的共同速度（选填“ ”、“ ”或“ ” ）。
（2）已测得小车 的质量 ，小车 的质量 ，由以上测量结果可得：碰前 _______ ；碰后 _______ 。（计算结果保留2位有效数字）
（3）由以上实验结果可知，在误差允许的范围内， 碰撞过程中_______________不变。




系统的总动量
[解析] （1） 与 碰后粘在一起，速度减小，相等时间内的间隔减小，可知应选择BC段来计算 的碰前速度，应选择DE段计算 和 碰后的共同速度。
（2） 碰前的速度 ，碰后共同速度 ，碰前： 。碰后： 。可知在误差允许范围内， 、 碰撞过程中，系统的总动量保持不变。
分析问题碰撞前的总动量怎么求？碰撞后的总动量怎么求？
【提示】碰撞前小车 静止，所以碰撞前的总动量等于碰撞前小车 的动量；碰撞后两小车粘合成一体，可用整体法计算碰撞后的总动量。
任务2 数据分析
情境引入
某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将 球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让 球仍从固定点由静止开始滚下，和 球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。
问题引领
1.本实验必须测量的物理量有_@12@_____。（填写选项对应的字母）
A.斜槽轨道末端距水平地面的高度
B.小球 、 的质量 、
C.小球 、 的半径
D.小球 、 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间
E.记录纸上 点到 、 、 各点的距离 、 、
F. 球固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差
BE
[解析] 小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间 相等，如果碰撞过程动量守恒，则有 ，两边同时乘以时间 ,得 ，则有 ，因此实验需要测量两球的质量和两球做平抛运动的水平位移, 、 两项正确。
2.放上被碰小球 ，两球 相碰后，小球 、 的落地点依次是图中水平面上的____点和____点。


[解析] 由图示装置可知，小球 和小球 相撞后，小球 的速度增大，小球 的速度减小， 球在前， 球在后，两球都做平抛运动，由图示可知，未放被碰小球时小球 的落地点为 点，碰撞后 、 的落地点分别为 点和 点。
3.某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看________和________________在误差允许范围内是否相等。


[解析] 由（1）可知，实验需要验证的表达式为 ，因此比较 与 即可判断动量是否守恒。
知识生成
碰撞前、后，小球离开斜槽轨道末端的运动都是③___________，因为小球离地高度均相同，故它们的落地时间均④_______，测量小球的水平射程即可求出碰撞前后的速度。
平抛运动
相同
应用探究
[活动 ]误差分析
例2 图片所示为验证动量守恒的装置，气垫导轨上放置两个总质量（包括遮光条，一滑块固定有弹簧）分别为 和 的滑块，实验时将两滑块紧压保持静止，松手后分别向左、右运动，左右各有一个光电门，可将滑块运动经过光电门时遮光条的遮光时间显示出来，设遮光时间分别为 和 。
（1）为了计算滑块速度，还需要测量出遮光条的宽度，下图为某同学用游标卡尺测量的结果，则遮光条的宽度为 ______ 。
（2）若某小组没有游标卡尺，无法测量遮光条宽度，所以同学甲认为实验无法完成，而同学乙通过对比发现两遮光条宽度相同，所以认为实验可以完成。你支持谁的观点？如果不能完成请说明理由，如果能完成，请写出需要验证的表达式。
3.45
支持乙同学的观点
（3）在某次实验中，最后求得的系统总动量向左，则造成这一结果的原因可能是 ______。
A.气垫导轨没有调平，左侧高于右侧
B.气垫导轨没有调平，左侧低于右侧
C.两滑块没有同时释放，先释放左侧滑块
D.两滑块没有同时释放，先释放右侧滑块
[解析] （1）遮光条的宽度为 。
（2）设遮光条的宽度为 ，则滑块经过光电门时的速度分别为 ， ，要验证动量守恒，只要满足 ，联立可得 。
（3）系统总动量向左，由动量定理可知，合外力的冲量向左，则造成这一结果的原因可能是气垫导轨没有调平，左侧低于右侧，重力的分力有向左的冲量，也可能是两滑块没有同时释放，先释放左侧滑块，右侧滑块对它有向左的冲量， 、 两项正确。
分析问题（1）用游标卡尺测量长度，读数需不需要估读？
（2）该实验的误差来源是什么？
【提示】（1）不需要。（2）测量误差、气垫导轨不水平等。
例3 为了验证动量守恒定律，某同学选取了两个材质相同、粗糙程度相同、体积不等的滑块 和 ，按下述步骤进行实验：
①用天平称出两滑块的质量分别为 、 ；
②把一根足够长的平直轨道放置在水平桌面上，用细线悬挂滑块 ，调节悬点 的位置，使得 静止时刚好与轨道接触但之间没有挤压，在悬点 正下方 点处固定一锋利刀片，同时紧靠 放置滑块 ，如图所示；
[活动 ]实验创新
③把滑块 拉离平衡位置使悬线与竖直方向成一定角度，同时记录滑块 所处位置 ，释放 ，滑块 和 将发生碰撞，然后测出滑块 和 在水平轨道上滑行的距离 、 ；
④撤掉滑块 ，再把 拉至 点位置，释放 ，再次测出 在水平轨道上滑行的距离 。
（1）滑块 两次要从同一位置 释放的理由是__________________________________________________________。
（2）_________（选填“需要”或“不需要”）测定滑块与轨道间的动摩擦因数。
（3）用测得的物理量来表示，只要满足关系式_ __________________________，则说明碰撞中动量守恒。
要用第二次测定的数据表示第一次滑块 与 碰前的速度大小
不需要

[解析] （1）根据实验所测数据知滑块 两次要从同一位置 释放的理由是要用第二次测定的数据表示第一次滑块 与 碰前的速度大小，即 ，则 。
（2）由于选取了两个材质相同、粗糙程度相同的滑块，它们与轨道间的动摩擦因数相同，两滑块碰后根据动能定理有 ， ，解得 ， ，要验证动量守恒，应该有 ，代入 、 、 ，有 ，动摩擦因数消掉了，故不需要测定动摩擦因数。
（3）根据（2）的分析得出 ，即只要所测各量满足上式，即可说明两滑块碰撞过程中动量守恒。
分析问题简述该实验的原理。
【提示】因为动摩擦因数相同，根据滑行距离结合动能定理可以求出速度，进而可以求出动量。
1.（任务1）某同学利用两个半径相同的小球及斜槽“探究碰撞中的不变量”，把质量为 的被碰小球置于斜槽末端处，如图所示，测得数据如下表。
小球质量 小球水平射程
20.9 32.6 56.0 12.5 67.8
（1） 假设平抛时间为单位时间 ，则碰前入射小球与其做平抛运动的水平初速度 的乘积 _________ 。碰后两球各自质量与其做平抛运动的水平初速度的乘积之和 _________ 。（结果均保留3位有效数字）


[解析] ， ， ， ， ，则
（2） 实验结论是___________________________________________________________________。
在误差允许的范围内，碰撞前后两小球各自质量与其速度的乘积之和相等
[解析] 在误差允许的范围内，碰撞前后两小球各自质量与其速度的乘积之和相等。
2.（任务2）某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块 、 的质量分别为 、 ，两遮光片沿运动方向的宽度均为 ，实验过程如下：①调节气垫导轨呈水平状态；②轻推滑块 ，测得滑块 通过光电计时器1的遮光时间为 ；③滑块 与滑块 相碰后，滑块 和滑块 先后经过光电计时器2的遮光时间分别为 和 。
（1） 实验中为确保两滑块碰撞后滑块 不反向运动，则 、 应满足的关系为 _______（选填“大于”、“等于”或“小于”） 。
大于
[解析] 滑块 和滑块 发生碰撞，用质量大的滑块 碰质量小的滑块 ，则不会发生反弹，所以 。
（2） 碰前滑块 的速度大小为_ ___。

[解析] 滑块经过光电计时器时做匀速运动，则碰前滑块 的速度 ,碰后滑块 的速度 ,碰后滑块 的速度 。
（3） 利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为_ ______________。

[解析] 由动量守恒定律得 ,化简可得 。
3.（任务2）某物理兴趣小组利用如图所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的 点放置一个光电门，水平平台上摩擦很小，可忽略不计，当地重力加速度大小为 ，实验步骤如下：
①在小滑块 上固定一个宽度为 的窄挡光片；
②用天平分别测出小滑块 （含挡光片）和小球 的质量 、 ；
③ 和 间用细线连接，中间夹一被压缩的轻弹簧，静止放置在平台上；
④细线烧断后， 、 瞬间被弹开，向相反方向运动；
⑤记录滑块 通过光电门时挡光片的遮光时间 ；
⑥小球 从平台边缘飞出后，落在水平地面的 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度 及平台边缘铅垂线与 点之间的水平距离 ；
⑦改变弹簧压缩量，进行多次测量。
（1） 球经过光电门的速度 _ ___（用上述实验数据字母表示）。

[解析] 烧断细线后， 向左运动，经过光电门，根据速度公式可知， 经过光电门的速度 。
（2） 该实验要验证动量守恒定律，则只需验证等式_ ________________成立即可。（用上述实验数据字母表示）

[解析] 离开平台后做平抛运动，根据平抛运动规律可得 ， ，解得 。若动量守恒，设向右为正，则有 ，即 。

展开更多......

收起↑