高中人教物理选择性必修一1.4 实验：验证动量守恒定律-2020-2021学年同步备课系列 - 副本

1、1.4 实验：验证动量守恒定律一、实验目的验证碰撞中的动量守恒。二、实验原理在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1、v2,如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1、v2,若m1v1+m2v2= ,那么碰撞中动量守恒。m1v1+m2v2 实验方案设计方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示：(1)质量的测量：用天平测量质量(2)速度的测量：利用公式vt(x)，式中x为滑块(挡光片)的宽度，t为计时器显示的滑块(挡光片)经过光

2、电门时对应的时间(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量(4)实验方法用细线将弹簧压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧弹开，两个滑块随即向相反方向运动(图甲)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙)，可以得到能量损失很小的碰撞在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动(图丙)，这样可以得到能量损失很大的碰撞实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细线、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等实验步骤：不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：1用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2.2

3、安装实验装置3使物体发生一维碰撞4测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度5改变碰撞条件，重复步骤3、4.6进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的“不变量”7整理器材，结束实验数据处理：将实验中测得的物理量填入下表，填表时需注意物体碰撞后运动的速度与原来的方向相反的情况碰撞前碰撞后质量m1m2m1m2速度v1v2v1v2mvmv2m/v误差分析：1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞(2)实验中是否合理控制实验条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡摩擦力2偶然误差：主要来源于对质量m和速度v的测量实验方案设计方案二：研究斜槽末端小球

4、碰撞时的动量守恒实验中物理量的测量如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做 运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的在数值上就等于它的水平速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被小球碰撞后在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP= ,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。平抛时间水平距离m1OM+m2ON 实验器材：斜槽、铅垂线、大小相等而质量不等的小球两个、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三

5、角板、天平。实验步骤：(1)用测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下所指的位置O。(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的把所有的小球落点圈在里面,_P就是小球落点的平均位置。天平水平铅垂线圆圆心(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从高度滚下,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和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。(

6、6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。同一数据处理：记录分析结论: 。注意事项：(1)斜槽末端点的切线要水平。(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。(4)白纸铺好后不能移动。碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和习题1对于实验最终的结论m1v1m2v2m1v1m2v2，下列说法正确的是 ()A仅限于一维碰撞B任何情况下m1v1( 2)m2v2( 2)m1v12m2v22也一定成立C式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小D式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和【答案】D【解析】这个实验虽然是在

7、一维情况下设计的实验，但结论具有普遍性，对各种碰撞均成立；系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论，其他探究的结论情况不成立，而速度是矢量，应考虑方向。故选项D正确。2某同学频闪照相和气垫导轨验证动量守恒定律，现用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g，接着安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平然后向气垫导轨通入压缩空气，再把A、B两滑块放到导轨上，分别给它们初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为.如图所示是闪光4次拍摄得到的照片，其间A、B两滑块均在080cm刻度范围内第一次闪光时，滑块B恰好通过x=55cm处，滑块A恰好通过x=70cm，碰撞后

8、滑块A静止关于该实验，下列判断正确的是（ ）A两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1sB碰撞前A的速度大小是0.5m/sC碰撞前B的速度大小是1.0m/sD实验结果表明，碰撞前后系统动量守恒【答案】AD【解析】A由于碰撞后滑块A静止，由图可知，碰撞发生在x=60cm处；从碰撞到第二次闪光B的运动的距离为10cm，则用时为0.1s，所以，两滑块的碰撞发生在第一次闪光后0.1s ，故A正确；B碰撞前0.1s内A的位移大小为10cm，所以碰撞前A的速度大小是1m/s，故B错误； C碰撞前0.1s内B的位移大小为5cm，所以碰撞前B的速度大小是0.5m/s，故C错误；D碰撞后0.2s内B的位移大小为20

9、cm，所以碰撞后B的速度大小是1m/s；设向左为正方向，碰撞前的动量为P1=mAvA-mBvB=0.31-0.20.5=0.2kgm/s，碰撞后的动量为P2=0.21=0.2kgm/s，碰撞前后动量守恒，故D正确故选AD3某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞中的动量守恒的实验：在小车A的前端黏有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片。则（ ）A长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动B实验过程中应先接通电源，再让小车A运动

10、C计算碰撞前后小车的速度时，在纸带上任选对应过程的一段即可D此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能守恒【答案】AB【解析】AC长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动，所以在计算碰撞前B后小车的速度时，应选取纸带上匀速运动对应过程的一段计算，A正确，C错误；B在使用打点计时器时，应先接通电源后释放小车，B正确；D碰撞过程中由于存在能量损失，故机械能不守恒，D错误。故选AB。故选AD4某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”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

11、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和导轨之间的摩擦而引起的误差(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；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；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的弹射装置；把滑块2(所用滑块1、2如图丙所示)放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图丁所示；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；试着完善实验步骤的内容(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_ kgm/s；两滑块相互作用后质量与速度的乘积之和为_ kgm/s.(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是_【答案】(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.