第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)：動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證。2．體會(huì)將不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的物理量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。

實(shí)驗(yàn)器材斜槽軌道、半徑相等的鋼球和玻璃球、白紙、復(fù)寫紙、小鉛錘、天平(附砝碼)、毫米刻度尺。實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)用兩個(gè)大小相同但質(zhì)量不等的小球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。讓一個(gè)質(zhì)量較大的小球從斜槽上滾下來(lái)，跟放在斜槽末端的另一個(gè)質(zhì)量較小的小球發(fā)生碰撞(正碰)。設(shè)兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為m1和m2。碰撞前，質(zhì)量為m1的入射球的速度是v1，質(zhì)量為m2的被碰小球靜止。兩個(gè)小球碰撞前的總動(dòng)量是m1v1。碰撞后，入射小球的速度是v1′，被碰小球的速度是v2′。兩個(gè)小球碰撞后的總動(dòng)量是m1v1′＋m2v2′。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，應(yīng)該有m1v1＝m1v1′＋m2v2′如果我們分別測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量和兩個(gè)小球在碰撞前后的速度，把它們代入上式，就可以驗(yàn)證兩個(gè)小球碰撞前后的動(dòng)量是否守恒。實(shí)驗(yàn)步驟1．按如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)水平調(diào)節(jié)螺釘使斜槽末端處于水平，鋼球放在上面能保持靜止?fàn)顟B(tài)。在木板上依次鋪上白紙、復(fù)寫紙。利用重垂線在白紙上分別標(biāo)注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白紙平面的投影點(diǎn)O和點(diǎn)O′。2．用天平測(cè)出兩個(gè)大小相同、但質(zhì)量不同的鋼球的質(zhì)量，質(zhì)量大的鋼球m1作為入射球，質(zhì)量小的鋼球m2作為靶球。3．先讓入射球單獨(dú)從斜槽上端緊靠定位板的位置自由滑下，在白紙上留下落地碰撞的痕跡。4．讓入射球從斜槽上端同一位置自由滑下，與放在支球柱上的靶球發(fā)生碰撞，兩球分別在白紙上留下落地碰撞的痕跡。5．測(cè)出入射球m1兩次落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O的距離s和s1，靶球m2落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O′的距離s2。6．整理好實(shí)驗(yàn)儀器，放回原處。數(shù)據(jù)處理將測(cè)量數(shù)據(jù)代入m1s＝m1s1＋m2s2，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。注意事項(xiàng)1．保證碰撞的兩球“水平”和“正碰”。2．保證入射小球每次以同一位置由靜止釋放。3．入射小球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量。4．測(cè)量平拋運(yùn)動(dòng)小球的水平位移時(shí)，注意兩球平拋起點(diǎn)在白紙平面的投影是不同的。誤差分析1．系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。(1)碰撞是否為一維。(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件。2．偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量。[典例1]如圖所示，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過(guò)僅測(cè)量__________(填選項(xiàng)前的符號(hào))，間接地解決這個(gè)問(wèn)題。A．小球開始釋放高度hB．小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC．小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影，實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓入射球m1多次從傾斜軌道上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測(cè)量平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)。接下來(lái)要完成的必要步驟是__________。(填選項(xiàng)前的符號(hào))A．用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B．測(cè)量小球m1開始釋放高度hC．測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE．測(cè)量平拋射程OM、ON(3)若兩球碰撞前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式為__________________________[用(2)中測(cè)量的量表示]。[微點(diǎn)撥](1)要保證入射小球和被碰小球發(fā)生對(duì)心碰撞，兩個(gè)小球的半徑應(yīng)相等。(2)要保證入射小球和被碰小球碰后均做平拋運(yùn)動(dòng)，斜槽末端切線必須水平。(3)確定小球落點(diǎn)的平均位置時(shí)，應(yīng)用盡可能小的圓把各個(gè)落點(diǎn)圈住，而偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去，不考慮。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]1．氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒(méi)有摩擦。我們可以用兩個(gè)光電門以及滑塊A和B來(lái)探究動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：a．用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mBb．調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平c．給滑塊B一個(gè)水平向左的初速度，記錄滑塊B通過(guò)光電門2的擋光時(shí)間為tBd．滑塊B與靜止在導(dǎo)軌上的滑塊A發(fā)生碰撞后，滑塊A向左運(yùn)動(dòng)通過(guò)光電門1的擋光時(shí)間為tA，滑塊B向右運(yùn)動(dòng)通過(guò)光電門2的擋光時(shí)間為tB′(1)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得滑塊B上遮光條的寬度為dB，還應(yīng)測(cè)量的物理量是______________。(2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果有關(guān)系式_______________________________成立，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。(2)在本實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，當(dāng)關(guān)系式____________________成立時(shí)，即可驗(yàn)證碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒。(3)在本實(shí)驗(yàn)中，為了盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，在安裝斜槽軌道時(shí)，應(yīng)讓斜槽末端保持水平，這樣做的目的是________。A．入射球與被碰小球碰后均能從同一高度飛出B．入射球與被碰小球碰后能同時(shí)飛出C．入射球與被碰小球離開斜槽末端時(shí)的速度為水平方向D．入射球與被碰小球碰撞時(shí)的動(dòng)能不損失[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]2．在用氣墊導(dǎo)軌做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”

實(shí)驗(yàn)時(shí)，左側(cè)滑塊質(zhì)量m1＝200g，右側(cè)滑塊質(zhì)量m2＝160g，擋光片寬度為3.00cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線將兩滑塊連在一起，如圖所示。開始時(shí)兩滑塊靜止，燒斷細(xì)線后，兩滑塊分別向左、右方向運(yùn)動(dòng)。擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間分別為Δt1＝0.30s，Δt2＝0.24s。則兩滑塊的速度分別為v1′＝________m/s，v2′＝________m/s。燒斷細(xì)線前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，燒斷細(xì)線后m1v1′＋m2v2′＝________kg·m/s?？傻玫降慕Y(jié)論是____________________________________________________________。(三)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考查[典例3]某班物理興趣小組選用如圖所示裝置來(lái)做“動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)。將一段不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)繩一端與力傳感器(可以實(shí)時(shí)記錄繩所受的拉力)相連固定在O點(diǎn)，另一端連接小鋼球A(繩長(zhǎng)遠(yuǎn)大于小鋼球半徑)，把小鋼球拉至M處可使繩水平拉緊，在小鋼球最低點(diǎn)N右側(cè)放置有一水平氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上放有小滑塊B(B上安裝寬度較小且質(zhì)量不計(jì)的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計(jì))。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。某同學(xué)按如圖所示安裝氣墊導(dǎo)軌、滑塊B(調(diào)整滑塊B的位置使小鋼球自由下垂靜止在N點(diǎn)時(shí)與滑塊B接觸且無(wú)壓力)和光電門，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌高度，確保小鋼球A通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)恰好與滑塊B發(fā)生正碰。讓小鋼球A從某位置靜止釋放，擺到最低點(diǎn)N與滑塊B碰撞，碰撞后小鋼球A并沒(méi)有立即反向，碰撞時(shí)間極短。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，除了遮光板通過(guò)光電門的時(shí)間Δt、碰撞前瞬間繩的拉力F1、碰撞結(jié)束瞬間繩的拉力F2、滑塊B的質(zhì)量mB和遮光板寬度d外，還需要測(cè)量的物理量有________。A．小鋼球A的質(zhì)量mAB．繩長(zhǎng)LC．小鋼球從M到N運(yùn)動(dòng)的時(shí)間(2)滑塊B通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vB＝________。(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)(3)實(shí)驗(yàn)中如果有表達(dá)式_________________________________________(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)成立，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。[微點(diǎn)撥](1)用力傳感器測(cè)量球A與滑塊B碰撞前后細(xì)繩的拉力，從而利用牛頓第二定律確定球A碰撞前后的速度。(2)利用光電門測(cè)量滑塊B碰撞后的速度。(3)碰撞后球A沒(méi)有立即反向，說(shuō)明球A碰后瞬間速度方向仍水平向右。

[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]3．利用氣墊導(dǎo)軌通過(guò)頻閃照相進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”這一實(shí)驗(yàn)。

某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，碰撞前滑塊B靜止，滑塊A勻速向滑塊B所處方向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞，利用頻閃照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的頻閃照片