1、7/7實驗：驗證動量守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】1掌握動量守恒定律適用范圍。2會用實驗驗證動量守恒定律。【教學(xué)重難點】會用實驗驗證動量守恒定律。【教學(xué)過程】一、實驗思路教師：兩個物體在發(fā)生碰撞時，作用時間很短。根據(jù)動量定理，它們的相互作用力很大。如果把這兩個物體看作一個系統(tǒng)，那么，雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動量守恒定律的條件。問題：我們應(yīng)該怎樣設(shè)計實驗，使兩個碰撞的物體所組成的系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0？學(xué)生思考，教師總結(jié)。我們研究最簡單的情況：兩個物體碰撞前沿

2、同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動。應(yīng)該盡量創(chuàng)造實驗條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0。二、物理量的測量研究對象確定后，還需要明確所需測量的物理量和實驗器材。問題：想要驗證動量守恒定律，需要測量哪些物理量？學(xué)生思考，教師總結(jié)：根據(jù)動量的定義，很自然地想到，需要測量物體的質(zhì)量，以及兩個物體發(fā)生碰撞前后各自的速度。教師：那么物體的質(zhì)量我們可以直接用天平測量，物體碰撞前后的速度呢？學(xué)生回憶之前我們學(xué)習(xí)了哪些測量物體速度的方法。最后教師總結(jié)可行的方法進行實驗的設(shè)計。（一）方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒本案例中，我們利用氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦力，利用光電計時器測量滑塊碰撞前后的速度。實驗裝置

3、如圖所示，可以通過在滑塊上添加已知質(zhì)量的物塊來改變碰撞物體的質(zhì)量。本實驗可以研究以下幾種情況：選取兩個質(zhì)量不同的滑塊，在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開。在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運動。如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時它們也會連成一體。原來連在一起的兩個物體，由于相互之間具有排斥的力而分開，這也可視為一種碰撞。這種情況可以通過下面的方式實現(xiàn)。在兩個滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩個滑塊固定。燒斷細線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運動。1實驗步驟：（1）測質(zhì)量：用

4、天平測出滑塊的質(zhì)量。（2）安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。（3）實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度（改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的初速度大小和方向）。（4）驗證：一維碰撞中的動量守恒。2數(shù)據(jù)處理（1）滑塊速度的測量：vx/t，式中x為滑塊擋光片的寬度（儀器說明書上給出，也可直接測量），t為數(shù)字計時器顯示的滑塊（擋光片）經(jīng)過光電門的時間。（2）驗證的表達式：m1v1m2v2m1v1m2v2（二）方案二：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律1實驗步驟：（1）測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。（2）安裝：按照圖甲所示安裝實驗裝置，調(diào)整固定斜槽使

5、斜槽底端水平。（3）鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好，記下重垂線所指的位置O。（4）放球找點，不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心F就是小球落點的平均位置。（5）碰撞找點，把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點的平均位置和被撞小球落點的平均位置N，如圖所示。（6）驗證：連接N，測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中。最后代入m1OP。（7）結(jié)束：整理好實驗器材放回原處。2數(shù)據(jù)處理：驗證的表達式：m1

6、OP=m1OM+m2ON（三）方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗1實驗器材光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車（兩個）、天平、撞針、橡皮泥。2實驗步驟（1）測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。（2）安裝，將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。（3）實驗：接通電源，讓小車A運動，小車五靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動。（4）測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v=xt算出速度。（5）改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。（6）驗證：一維碰撞中的動量守恒。3數(shù)據(jù)處理（1）小車速度的測量：v=xt

7、，式中x是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，t為小車經(jīng)過x的時間，可由打點間隔算出。（2）驗證的表達式：m1v1m2v2m1v1m2v24注意事項（1）前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。（2）若利用“氣墊導(dǎo)軌”完成實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。若用“斜槽”完成實驗，斜槽末端的切線必須水平，入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。5誤差分析（1）系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：碰撞是否為一維碰撞。實驗是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大。（2）偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。（3）改進措施：設(shè)計方案時應(yīng)保證碰

8、撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件。采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差。【課堂練習(xí)】1（2017江西模擬）利用頻閃照相和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗，步驟如下：用天平測出滑塊A、B的質(zhì)量分別為200g和300g；安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；把A、B兩滑塊放到導(dǎo)軌上，并給它們一個初速度，同時開始閃光照相，閃光的時間間隔設(shè)定為t0.2s，照片如圖所示。結(jié)合實驗過程和圖象分析知：該圖象是閃光4次攝得的照片，在這4次閃光的瞬間，A、B兩滑塊均在080cm刻度范圍內(nèi)；第一次閃光時，滑塊A恰好通過x55cm處，滑塊B恰好通過x70cm處；碰

9、撞后有一個滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)向右為正方向，試分析：滑塊碰撞時間發(fā)生在第一次閃光后_s，碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和為_kgm/s，碰撞后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和為_kgm/s。答案：0.1；0.2；0.22（2017湖北黃岡中學(xué)期中）某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的a、b兩球的碰撞來驗證動量守恒定律。圖中PQ是斜槽，QR為水平槽。在記錄紙上記下重垂線所指的位置O。實驗時先使a球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡，確定小球a的落點平均位置B。再把b球放在水平槽末端R，讓a球仍從固定位置G由靜止開始滾下，與b

10、球碰撞后，落到水平地面的記錄紙上，重復(fù)10次，得到兩球的落點平均位置分別為A和C，其中b球落點痕跡如圖乙所示。米尺水平放置，零點與O點對齊。（1）碰撞后b球的水平射程應(yīng)取為_cm。（2）在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：_（填選項序號）。A水平槽上未放b球時，測量a球落點位置到O點的距離x1Ba球與b球碰撞后，分別測量a球和b球的落點位置到O點的距離x2、x3C測量a球或b球的直徑dD測量a球和b球的質(zhì)量ma、mb（或兩球質(zhì)量之比）E測量G點相對于水平槽面的高度H（3）按照本實驗方法，已知a球的質(zhì)量為ma，b球的質(zhì)量為mb，mamb，那么動量守恒定律的驗證式為_（用實驗中所測物理

11、量相應(yīng)字母表示）。答案：（1）64.5（64.264.8均可）；（2）ABD；（3）max1max2mbx33（2017湖南師大附中模擬）如圖所示是用來驗證動量守恒定律的實驗裝置，彈性球1用細線懸掛于O點，O點正下方桌子的邊緣有一豎直立柱。實驗時，調(diào)節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉至A點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞。碰后球1向左最遠可擺至B點，與球2落到水平地面上的C點。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒?，F(xiàn)已測出彈性球1和2的質(zhì)量m1、m2（m1m2），A點離水平桌面的距離為a，B點離水平桌面的

12、距離為b。此外：（1）還需要測量的量是_、_和_。（2）根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒定律的表達式為_。答案：（1）C點與桌子邊緣間的水平距離c、立柱高h、桌面高H；（2）2m1eq r(ah)2m1eq r(bh)m2eq f(c,r(Hh)4（2017山東泰安一模）如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。（1）實驗必須滿足的條件是_（填選項的符號）。A斜槽軌道必須是光滑的B斜槽軌道末端的切線是水平的C入射小球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下D若入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則m1m2（2）圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影。實驗時，先讓小球1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程eq xto(OP)，然后，把小球2靜置于軌道的末端，再將小球1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球2發(fā)生碰撞，并多次重復(fù)。接下來要完成的必要步驟是_（填選項的符號）。A用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B測量小球1開始釋放的高度hC測量拋出點距地面的高度HD分別找到小球1、小球2相碰后平均落點的位置M、