资源简介

(共43张PPT)
4　实验:验证动量守恒定律
实验探究 方案梳理
实验目的
1.明确验证动量守恒定律的实验思路。
2.掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法。
3.掌握实验操作步骤和所需的实验仪器的性能。
4.知道实验注意事项,会进行误差分析,并在实验中尽量减小误差。
实验原理
1.让两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动,创造条件,使系统所受外力的矢量和近似为0,满足动量守恒的条件。
2.需要测量物体的质量,以及两个物体发生碰撞前后各自的速度,物体的质量可用天平直接测量。
3.选取质量不同的两个物体进行碰撞,测出物体的质量m1、m2和碰撞前后的速度v1、v1'、v2、v2',若满足m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',则验证了碰撞前后总动量守恒。
方案1 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材
气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
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:接通电源,利用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量。②改变滑块的初速度大小和方向)。
4.验证:一维碰撞中的动量守恒。
数据处理
验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
方案2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
实验器材
斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、铅垂线等。
实验步骤
1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
2.安装:按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。
3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。
4.放球找点:不放被撞小球,每次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所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次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,如图所示。
6.验证:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。最后代入m1·lOP=m1·lOM+m2·lON,看在误差允许的范围内是否成立。
7.结束:整理好实验器材放回原处。
数据处理
验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。
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)碰撞是否为一维碰撞。
(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:主要来源于质量m、速度v和落点到O点的距离l的测量。
注意事项
1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.方案提醒。
(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。
(2)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。
实验热点 探究突破
热点1 教材原型实验
典型例题
【例1】 某实验小组采用如图甲所示实验装置验证动量守恒定律,气垫导轨上安装了1、2两个光电门,滑块A、B上固定相同的遮光条。测出滑块A和遮光条的总质量为m1,滑块B和遮光条的总质量为m2。将滑块A置于光电门1左侧,滑块B置于两光电门之间,推动滑块A使其获得向右的速度,滑块A经过光电门1并与滑块B发生碰撞且被弹回,再次经过光电门1。在某次实验中,光电门1先后记录的挡光时间为Δt1、Δt1',光电门2记录的挡光时间为Δt2。
(1)用游标卡尺测得遮光条宽度d如图乙所示,其读数为_________m。
(2)关于本实验,下列说法正确的是_________。
A.气垫导轨需要调成水平
B.为完成设计的实验,滑块和遮光条的总质量应满足m1C.为减小实验误差,应选取较宽的遮光条
3.80×10-3
AB
易错警示
利用轨道完成水平碰撞中的动量守恒定律时,若利用气垫导轨,因其和滑块之间有气垫,摩擦力几乎为零,所以不需要平衡阻力,只要把轨道调整水平即可;若利用长木板和两小车相碰进行验证,要注意平衡阻力。
【例2】 (2025·云南昆明四校期中)利用如图所示的装置研究动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)如图中的O点是小球抛出点在地面上的垂直投影点。实验时,先让质量为m1的入射球多次从斜轨上S位置由静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛水平射程lOP,然后把质量为m2的被碰小球静置于轨道的水平部分右端,再将入射小球从斜轨上S位置由静止释放,与被碰小球相撞,并多次重复,实验中必须测量的物理量有________。
A.两个小球的质量m1、m2
B.入射小球开始释放的高度h
C.抛出点距地面的高度h1
D.平抛水平射程lOM、lON
AD
(2)下列说法符合本实验要求的是________。
A.安装轨道时,轨道末端必须水平
B.轨道必须光滑
C.在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放
D.实验过程中,白纸可以移动
AC
m1lOP=m1lOM+m2lON
BC
0.5
(2)为了确保小球飞出做平抛运动,安装轨道时,轨道末端必须水平,选项A正确;由于入射小球每次均从轨道同一位置静止释放,克服阻力做功相同,故入射小球飞出轨道的速度大小相同,即实验中轨道是否光滑对实验没有影响,选项B错误;为了确保入射小球每次飞出轨道末端的速度大小相同,在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放,选项C正确;由于小球落地点利用复写纸复制在白纸上,故实验过程中,白纸不能够移动,选项D错误。
特别提醒
利用平抛运动规律验证动量守恒定律必须满足以下条件
1.轨道末端的切线必须是水平的。 2.入射球每次必须从同一高度滚下。 3.入射球的质量必须大于被碰球的质量。 4.入射球和被碰球的大小必须一致,以保证它们在水平轨道上对心碰撞。
热点2 实验创新与拓展
【实验创新】实验创新的角度
实验创新的角度 实验概述
目的
创新 利用冲击摆根据动量守恒定律测弹丸的速度

实验创新的角度 实验概述
器材
创新 选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B,A滑下和B结合成一体,并用数码频闪照相机拍摄碰撞之前和之后的照片,利用刻度尺测量曝光时间内的位移,进行验证

甲

乙
实验创新的角度 实验概述
原理
创新 一根长为L的轻质不可伸缩细线一端拴住质量为mA的小钢球A,细线的另一端固定在悬点O,在最低点的前后放置一光电门,光电门前的水平面上放一质量为mB的金属物块B,物块的上表面中央固定一轻质的遮光片。将A拉起一定高度后释放,在最低点与B碰撞

典型例题
【例3】 物理小组利用频闪照相探究碰撞时动量变化的规律,步骤如下:
①用天平测出滑块A、B的质量分别为200 g和300 g;
②安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
③向气垫导轨通入压缩空气;
④把滑块A、B放在导轨上,并给它们各自一个初速度,同时开始用闪光照相机拍照,闪光的时间间隔设定为Δt=0.1 s,照片如图所示。该图是闪光4次拍摄的照片,在这4次闪光的瞬间,滑块A、B均在0~70 cm的刻度范围内,第一次闪光时,滑块A恰好通过x=45 cm处,滑块B恰好通过x=60 cm处,碰撞后有一个滑块处于静止状态,碰撞时间极短。
(1)实验中,碰撞后滑块________(选填“A”或“B”)静止,滑块碰撞位置发生在________ cm处。
(2)滑块A、B碰撞时刻发生在第一次闪光后________ s。
(3)设向右为正方向,可计算出碰撞前两滑块的动量之和为________ kg·m/s,碰撞后两滑块的动量之和为________ kg·m/s。
(4)根据以上实验结果,得出的实验结论为__________。
B
50
0.05
-0.4
-0.4
碰撞前后系统的动量守恒
解析:(1)由题图可知,滑块B只有两个位置有照片,则说明滑块B碰撞后保持静止,故碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间,碰撞后滑块B静止,碰撞发生在x=50 cm处。
(2)碰撞后滑块A向左做匀速运动,设其速度为vA',所以vA'Δt=20 cm,从滑块A、B碰撞到第二次闪光,滑块A向左运动了10 cm,时间为t',有vA't'=10 cm,设第一次闪光到滑块A、B碰撞的时间为t,则有t+t'=Δt,解得t=0.05 s。
成 果 验 收 站　
1.验证动量守恒定律的实验装置如图所示,气垫导轨上安装了1、2两个光电门,两滑块上固定着相同的竖直遮光条,实验主要步骤如下:
(1)接通气源,将一滑块放置在导轨上,轻推一下使其先后通过两个光电门1、2,发现滑块经过光电门1、2的时间Δt1'>Δt2',故应将_________ (选填“水平螺丝Q”或“水平螺丝P”)调低些,使滑块通过两个光电门的时间相同。
水平螺丝P
(2)用天平测出滑块1、2(包含遮光条)的质量m1、m2,本实验_________(选填“需要”或“不需要”)测出遮光条的宽度d。
(3)将滑块2放置在光电门1、2之间,将滑块1放置在光电门1的右侧,轻推滑块1,使其与滑块2发生碰撞,光电门1记录的时间为Δt,光电门2先后记录的时间为Δt1和Δt2。
(4)若关系式__________________ (用上面所测物理量字母表示)成立,则说明碰撞过程动量守恒。
不需要

2.实验小组采用如图所示装置做验证动量守恒定律的实验。先让质量为m1的小钢球a从斜槽轨道上某点由静止释放,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复多次;再把质量为m2的玻璃球b静置于斜槽轨道末端,让a球仍从相同位置由静止释放,和b球正碰后两球分别落在记录纸的不同位置处,重复多次,用尽量小的圆把小球落点圈在其中,得到三个平均落点位置M、N、P。
(1)关于本实验,下列说法正确的是_________。
A.两球半径大小应相等
B.安装斜槽轨道时应使其末端水平
C.该实验中必须测量轨道末端到水平地面的高度
D.在同一组实验中,a球可以从不同位置由静止释放
(2)把能将小球落点圈住的最小圆的圆心作为小球落点的平均位置,目的是减小实验的____________ (选填“偶然误差”或“系统误差”)。
AB
偶然误差
(3)测出小球抛出点在水平地面上的投影点O到点M、N、P的距离,分别记为l1、l2、l3,若m1、m2、l1、l2、l3满足关系式_________________,即可验证两球碰撞过程满足动量守恒定律。
m1l2=m1l1+m2l3
解析:(1)为了保证两球发生对心正碰,两球半径大小应相等,选项A正确;为了保持小球抛出时的速度处于水平方向,安装斜槽轨道时应使其末端水平,选项B正确;两球在空中做平抛运动的下落高度相等,运动时间相等,可用水平位移等效代替抛出时的初速度,所以该实验中不需要测量轨道末端到水平地面的高度,选项C错误;在同一组实验中,为了保持每次碰撞前瞬间a球的速度相同,a球每次需要从同一位置由静止释放,选项D错误。
(2)把能将小球落点圈住的最小圆的圆心作为小球落点的平均位置,目的是减小实验的偶然误差。

展开更多......

收起↑