第1章 第4节 实验:验证动量守恒定律 (课件+学案 ) 高中物理人教版选择性必修1

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第1章 第4节 实验:验证动量守恒定律 (课件+学案 ) 高中物理人教版选择性必修1

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第一章 
动量守恒定律
第4节 实验:验证动量守恒定律
内容索引
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
1. 利用碰撞来验证动量守恒定律.
2. 掌握一维碰撞前、后速度的测量方法.
活 动 方 案
“验证动量守恒定律”的实验原理:在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后物体的速率,计算出碰撞前、后系统的动量,从而验证系统碰撞前后动量是否守恒.为了实验能顺利进行,除了需要用天平测量物体的质量外,主要解决两个问题:(1)如何保证物体的碰撞是一维的.我们可用气垫导轨、斜槽等控制物体的运动,保证碰撞的一维要求.(2)如何测量物体碰撞前后的速度.测量物体速度的方法,可以用光电计时器、打点计时器、频闪照片等手段,也可利用匀速运动、平抛运动规律等间接测量.
活动一:利用气垫导轨结合光电门进行实验
1. 如图所示,利用气垫导轨结合光电门验证动量守恒定律.

(1)实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等.
(2)实验步骤
①测质量:用天平测出滑块质量.
②安装:正确安装好气垫导轨.
③实验:利用配套的光电计时装置测出两滑块在下列三种情况下碰撞前后的速度:两滑块装有弹性碰撞架,滑块碰撞后分开;两滑块分别装有撞针和橡皮泥,滑块碰撞后粘连;两滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定,烧断细线,弹簧使静止滑块分开.
④验证:一维碰撞中的动量守恒.
(3)数据处理
①滑块速度的测量:v=____________,式中Δx为滑块挡光片的宽度,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=m1v′1+m2v′2.
2. 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1和滑块2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,滑块1通过光电门1的挡光时间为Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间为Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间为Δt3=8.35 ms;
⑧测出挡光片的宽度为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;碰撞后滑块2的速度v3为____________m/s.(结果均保留两位有效数字)
大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差
保证两个滑块的碰撞是一维的
0.50
0.10
0.60
③本实验的实验结论是:_____________________________________
____________.
在误差允许的范围内,系统碰撞前后动量
守恒
活动二:利用斜槽上滚下的小球结合平抛运动进行实验
1. 如图所示,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个大小相同、质量较小的小球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动.
(1)实验器材
斜槽、两个大小相等而质量不等的小球(入射小球的质量大于被碰小球的质量)、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规等.
(2)实验步骤
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____________,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x1,以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离x′1和x′2,就可以表示出碰撞前后小球的速度;
水平速度
③碰撞情景的实现:
A. 不放被碰球,让入射球m1从斜槽上某一位置由静止滚下,记录平抛的水平位移x1.
B. 在斜槽水平末端放上被碰球m2,让m1从斜槽同一位置由静止滚下,记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移x′1、x′2.
注意:应多次重复上述操作,得出小球落点的平均位置.
(3)数据处理
检验m1x1与m1x′1+m2x′2在误差范围内是否相等.
2. 利用如图甲所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验.由于小球的下落高度是定值,所以,小球落在地面上的水平位移就代表了平抛运动时水平初速度的大小,这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示.
(1)下列要求正确的有____________.
A. 入射小球的半径应该大于被碰小球的半径
B. 入射小球的半径应该等于被碰小球的半径
C. 入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下
D. 斜槽末端必须是水平的
【解析】只有两个小球的半径相等,才能保证碰后小球做平抛运动,所以A错误,B正确;入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下,才能使得小球平抛运动的水平初速度相同,所以C正确;斜槽末端必须水平也是保证小球碰后做平抛运动的必要条件,所以D正确.
BCD
(2)关于小球的落点,下列说法正确的有_________.
A. 如果小球每次从斜槽的同一位置由静止滑下,重复几次的落点一定是完全重合的
B. 由于偶然因素存在,重复操作时小球的落点不会完全重合,但是落点应当比较密集
D. 如图乙所示,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置就是小球落点的平均位置
【解析】由于各种偶然因素,小球的落点不可能完全重合,落点应当比较集中,故A错误,B正确;确定落点平均位置的方法是最小圆法,即用尽可能小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表落点的平均位置,由于落点比较密集,又较多,每次测量距离很难,故C错误,D正确.
【答案】BD
检 测 反 馈
1
1. 某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气垫导轨装置如图甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图乙所示,这样就大大减小了因滑块与导轨之间的摩擦而引起的误差.
甲     乙      丙       丁
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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置;
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间;
⑥先________________________,然后____________,让滑块带动纸带一起运动;
⑦更换纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图丁所示;
接通打点计时器的电源
放开滑块1
1
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
(1)试着完善实验步骤⑥的内容.
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,由计算可知,两滑块相互作用前动量之和为__________kg·m/s;两滑块相互作用后动量之和为____________kg·m/s.(结果均保留三位有效数字)
0.620
0.618
1
(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是________________
_______________________.
纸带与打点计时
器的限位孔间有摩擦
1
2
2. 某同学用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验.先将a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b(ma>mb)球静止放在斜槽轨道末端水平段的最右侧,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次.
(1)本实验必须测量的物理量有____________.
A. 斜槽轨道末端到水平地面的高度H
B. 小球a、b的质量ma、mb
C. 小球a、b的半径r
D. 小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E. 记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC
F. a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
【解析】必须测量的物理量有两小球的质量ma、mb,各落点A、B、C到O点的距离OA、OB、OC,故选B、E.
BE
2
(2)放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验结果有没有影响?(不必作分析)____________________________.
【解析】b球被碰飞出后,a球还要在水平段运动一小段,因此,b球先落地,但不影响实验结果.
(3)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为____________cm.
【解析】a球落点位置的范围大致在45.85~46.05 cm,中心位置大约在45.95 cm.
不同时落地;不影响实验结果
45.95
(4)按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是___________________.
maOB=maOA+mbOC
2
3
3. 如图甲所示,长木板的一端垫有小木块,可以微调木板的倾斜程度,以平衡摩擦力,使小车能在木板上做匀速直线运动.小车A前端贴有橡皮泥,后端连一打点计时器纸带,接通打点计时器电源后,让小车A以某速度做匀速直线运动,与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起,继续做匀速直线运动.打点计时器电源频率为50 Hz,得到的纸带如图乙所示,已将各计数点之间的距离标在图上.
(1)图乙中的数据有AB、BC、CD、DE四段,计算小车A碰撞前的速度大小选____________段;计算两车碰撞后的速度大小应选____________段.
【解析】由于小车A与小车B碰撞后的速度小于碰撞前的速度,所以AC段应是碰撞之前打出的纸带,DE段是碰撞之后打出的纸带,碰撞过程发生在CD段.小车A开始运动有一段加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相等时间内通过的位移相同,故计算小车A碰撞前的速度大小应选BC段;碰撞过程是一个变速运动的过程,A、B碰撞后粘在一起做匀速直线运动,故计算两车碰撞后的速度大小应选DE段.
BC
DE
3
(2)若小车A的质量为0.4 kg,小车B的质量为0.2 kg,根据纸带数据,碰前两小车的总动量是______________,碰后两小车的总动量是____________.(计算结果均保留到小数点后三位)
0.685 kg·m/s
0.684 kg·m/s
3
4
4. 某同学用如图所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律.小球1的质量为m1,它从斜槽上某点滚下,离开斜槽末端时的速度记为v1(称为第一次操作);小球2的质量为m2,小球1第二次从斜槽上原位置滚下,跟小球2碰撞后,小球1、2离开斜槽末端的速度分别记为v′1和v′2(称为第二次操作).实验所验证的等式为m1v1=m1v′1+m2v′2.
(1)如果第二次操作时,小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些,这将会影响等式中哪个或哪几个物理量?如果其他的操作都正确,实验将会得到怎样的结果?说明道理.
【答案】影响v′1与v′2,实验结果m1v1>m1v′1+m2v′2,小球1从低一些的位置下滑,则小球1在到达斜槽末端时的实际速度小于第一次测得的速度v1,即由小球1和小球2构成的系统的实际总动量m1v′1+m2v′2小于第一次测得的小球1的动量m1v1.
4
(2)如果在第二次操作时,发现在第一次操作中,槽的末端是不水平的,有些向上倾斜,于是把它调为水平,调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同.然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作,分析时仍然和第一次操作的数据进行比较,其他实验操作都正确,且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计.该实验可能会得到怎样的结果,说明道理.
4
【答案】碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.在斜槽末端离地高度不变的情况下,第一次操作导致小球释放位置低于第二次操作时释放的位置,小球1在第一次操作时到达斜槽末端的速度偏小.假设第一次操作时槽的末端与水平方向的夹角为θ,则水平方向的动量为mv1cos θ,而第二次操作时系统的总动量大于mv1.所以,碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.
4
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1. 利用碰撞来验证动量守恒定律.
2. 掌握一维碰撞前、后速度的测量方法.
“验证动量守恒定律”的实验原理:在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后物体的速率,计算出碰撞前、后系统的动量,从而验证系统碰撞前后动量是否守恒.为了实验能顺利进行,除了需要用天平测量物体的质量外,主要解决两个问题:(1)如何保证物体的碰撞是一维的.我们可用气垫导轨、斜槽等控制物体的运动,保证碰撞的一维要求.(2)如何测量物体碰撞前后的速度.测量物体速度的方法,可以用光电计时器、打点计时器、频闪照片等手段,也可利用匀速运动、平抛运动规律等间接测量.
1. 如图所示,利用气垫导轨结合光电门验证动量守恒定律.
(1)实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等.
(2)实验步骤
①测质量:用天平测出滑块质量.
②安装:正确安装好气垫导轨.
③实验:利用配套的光电计时装置测出两滑块在下列三种情况下碰撞前后的速度:两滑块装有弹性碰撞架,滑块碰撞后分开;两滑块分别装有撞针和橡皮泥,滑块碰撞后粘连;两滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定,烧断细线,弹簧使静止滑块分开.
④验证:一维碰撞中的动量守恒.
(3)数据处理
①滑块速度的测量:v=________,式中Δx为滑块挡光片的宽度,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=m1v′1+m2v′2.
2. 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1和滑块2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,滑块1通过光电门1的挡光时间为Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间为Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间为Δt3=8.35 ms;
⑧测出挡光片的宽度为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;碰撞后滑块2的速度v3为________m/s.(结果均保留两位有效数字)
③本实验的实验结论是:____________________________________________.
1. 如图所示,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个大小相同、质量较小的小球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动.
(1)实验器材
斜槽、两个大小相等而质量不等的小球(入射小球的质量大于被碰小球的质量)、重垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规等.
(2)实验步骤
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________,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x1,以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离x′1和x′2,就可以表示出碰撞前后小球的速度;
③碰撞情景的实现:
A. 不放被碰球,让入射球m1从斜槽上某一位置由静止滚下,记录平抛的水平位移x1.
B. 在斜槽水平末端放上被碰球m2,让m1从斜槽同一位置由静止滚下,记下两小球离开斜槽做平抛运动的水平位移x′1、x′2.
注意:应多次重复上述操作,得出小球落点的平均位置.
(3)数据处理
检验m1x1与m1x′1+m2x′2在误差范围内是否相等.
2. 利用如图甲所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验.由于小球的下落高度是定值,所以,小球落在地面上的水平位移就代表了平抛运动时水平初速度的大小,这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示.
甲 乙
(1)下列要求正确的有________.
A. 入射小球的半径应该大于被碰小球的半径
B. 入射小球的半径应该等于被碰小球的半径
C. 入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下
D. 斜槽末端必须是水平的
(2)关于小球的落点,下列说法正确的有________.
A. 如果小球每次从斜槽的同一位置由静止滑下,重复几次的落点一定是完全重合的
B. 由于偶然因素存在,重复操作时小球的落点不会完全重合,但是落点应当比较密集
C. 测定落点P的位置时,如果几次落点的位置分别为P1、P2…Pn,则落点的平均位置OP=
D. 如图乙所示,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置就是小球落点的平均位置
1. 某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气垫导轨装置如图甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,如图乙所示,这样就大大减小了因滑块与导轨之间的摩擦而引起的误差.
   甲      乙     丙       丁
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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;
④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置;
⑤把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间;
⑥先________________________,然后________________,让滑块带动纸带一起运动;
⑦更换纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图丁所示;
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
(1)试着完善实验步骤⑥的内容.
(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,由计算可知,两滑块相互作用前动量之和为________kg·m/s;两滑块相互作用后动量之和为________kg·m/s.(结果均保留三位有效数字)
(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因_________________________.
2. 某同学用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验.先将a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b(ma>mb)球静止放在斜槽轨道末端水平段的最右侧,让a球仍从原固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次.
(1)本实验必须测量的物理量有________.
A. 斜槽轨道末端到水平地面的高度H
B. 小球a、b的质量ma、mb
C. 小球a、b的半径r
D. 小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E. 记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC
F. a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
(2)放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验结果有没有影响?(不必作分析)________________________________________.
(3)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为________cm.
(4)按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是__________________________
____________________________.
3. 如图甲所示,长木板的一端垫有小木块,可以微调木板的倾斜程度,以平衡摩擦力,使小车能在木板上做匀速直线运动.小车A前端贴有橡皮泥,后端连一打点计时器纸带,接通打点计时器电源后,让小车A以某速度做匀速直线运动,与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起,继续做匀速直线运动.打点计时器电源频率为50 Hz,得到的纸带如图乙所示,已将各计数点之间的距离标在图上.
甲 乙
(1)图乙中的数据有AB、BC、CD、DE四段,计算小车A碰撞前的速度大小选________段;计算两车碰撞后的速度大小应选________段.
(2)若小车A的质量为0.4 kg,小车B的质量为0.2 kg,根据纸带数据,碰前两小车的总动量是________________,碰后两小车的总动量是________________.
(计算结果均保留到小数点后三位)
4. 某同学用如图所示的实验装置和实验步骤来验证动量守恒定律.小球1的质量为m1,它从斜槽上某点滚下,离开斜槽末端时的速度记为v1(称为第一次操作);小球2的质量为m2,小球1第二次从斜槽上原位置滚下,跟小球2碰撞后,小球1、2离开斜槽末端的速度分别记为v′1和v′2(称为第二次操作).实验所验证的等式为m1v1=m1v′1+m2v′2.
(1)如果第二次操作时,小球1从斜槽上开始滚下时位置比原先低一些,这将会影响等式中哪个或哪几个物理量?如果其他的操作都正确,实验将会得到怎样的结果?说明道理.
(2)如果在第二次操作时,发现在第一次操作中,槽的末端是不水平的,有些向上倾斜,于是把它调为水平,调整后的斜槽末端离地面高度跟原来相同.然后让小球在斜槽上原标记位置滚下进行第二次操作,分析时仍然和第一次操作的数据进行比较,其他实验操作都正确,且调节斜槽引起小球在空中运动时间的变化可忽略不计.该实验可能会得到怎样的结果,说明道理.
第4节 实验:验证动量守恒定律
【活动方案】
活动一:
1. (3)①
2. (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
②0.50 0.10 0.60
③在误差允许的范围内,系统碰撞前后动量守恒
解析:②滑块1碰撞之前的速度
v1== m/s≈0.50 m/s,
滑块1碰撞之后的速度
v2== m/s≈0.10 m/s,
滑块2碰撞之后的速度
v3== m/s≈0.60 m/s.
活动二:
1. (2)②水平速度
2. (1)BCD (2)BD
解析:(1)只有两个小球的半径相等,才能保证碰后小球做平抛运动,所以A错误,B正确;入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滑下,才能使得小球平抛运动的水平初速度相同,所以C正确;斜槽末端必须水平也是保证小球碰后做平抛运动的必要条件,所以D正确.
(2)由于各种偶然因素,小球的落点不可能完全重合,落点应当比较集中,故A错误,B正确;确定落点平均位置的方法是最小圆法,即用尽可能小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表落点的平均位置,由于落点比较密集,又较多,每次测量距离很难,故C错误,D正确.
【检测反馈】
1. (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1
(2)0.620 0.618
(3)纸带与打点计时器的限位孔间有摩擦
解析:(2)相互作用前滑块1的速度为v1= m/s=2 m/s,其动量为0.310 kg×2 m/s=0.620 kg·m/s,相互作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v= m/s=1.2 m/s,其动量之和为(0.310 kg+0.205 kg)×1.2 m/s=0.618 kg·m/s.
2. (1)BE (2)不同时落地;不影响实验结果
(3)45.95 (4)maOB=maOA+mbOC
解析:(1)必须测量的物理量有两小球的质量ma、mb,各落点A、B、C到O点的距离OA、OB、OC,故选B、E.
(2)b球被碰飞出后,a球还要在水平段运动一小段,因此,b球先落地,但不影响实验结果.
(3)a球落点位置的范围大致在45.85~46.05 cm,中心位置大约在45.95 cm.
3. (1)BC DE
(2)0.685 kg·m/s 0.684 kg·m/s
解析:(1)由于小车A与小车B碰撞后的速度小于碰撞前的速度,所以AC段应是碰撞之前打出的纸带,DE段是碰撞之后打出的纸带,碰撞过程发生在CD段.小车A开始运动有一段加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相等时间内通过的位移相同,故计算小车A碰撞前的速度大小应选BC段;碰撞过程是一个变速运动的过程,A、B碰撞后粘在一起做匀速直线运动,故计算两车碰撞后的速度大小应选DE段.
(2)碰前小车A的速度为vA== m/s=1.712 m/s,则碰前两小车的总动量为p=mAvA=0.4×1.712 kg·m/s=0.685 kg·m/s,碰后两小车的速度
v共== m/s=1.140 m/s,
则碰后两车的总动量为p′=(mA+mB)v共=(0.4+0.2)×1.140 kg·m/s=0.684 kg·m/s.
4. (1)影响v′1与v′2,实验结果m1v1>m1v′1+m2v′2,小球1从低一些的位置下滑,则小球1在到达斜槽末端时的实际速度小于第一次测得的速度v1,即由小球1和小球2构成的系统的实际总动量m1v′1+m2v′2小于第一次测得的小球1的动量m1v1.
(2)碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.在斜槽末端离地高度不变的情况下,第一次操作导致小球释放位置低于第二次操作时释放的位置,小球1在第一次操作时到达斜槽末端的速度偏小.假设第一次操作时槽的末端与水平方向的夹角为θ,则水平方向的动量为mv1cos θ,而第二次操作时系统的总动量大于mv1.所以,碰撞后系统的总动量大于碰撞前小球1的动量.

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