科學(xué)驗證：

動量守恒定律1.通過分析教材提供的實驗方案，學(xué)習(xí)根據(jù)要求設(shè)計實驗的方法.2.理解實驗中速度測量的原理.3.通過設(shè)計創(chuàng)新實驗方案培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.學(xué)習(xí)目標(biāo)一、實驗?zāi)康?/p>

利用鋼球和玻璃球的碰撞驗證動量守恒定律.二、實驗器材斜槽、鋼球和玻璃球、天平、復(fù)寫紙、白紙等.知識梳理三、實驗原理與設(shè)計用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律。讓球A從同一位置C釋放(C未畫出)，測出不發(fā)生碰撞時球A飛出的水平距離sOP，再測出球A、B碰撞后分別飛出的水平距離sOM、sO′N，如圖所示.只要驗證m1sOP＝m1sOM＋m2sO′N，即可驗證動量守恒定律.思考：實驗時需不需要測出或計算出小球做平拋運動的時間?提示：不需要，因為驗證時時間約掉了.四、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：按照實驗原理安裝實驗裝置，調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.3.鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好.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O和O′.4.單球找點：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P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上同一高度處自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)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M和被撞小球落點的平均位置N，如圖所示.改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?，重?fù)實驗.6.小球水平射程的測量：測量線段OP、OM、O'N的長度.五、數(shù)據(jù)處理驗證的表達式：m1·sOP=m1·sOM+m2·sO′N.六、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，碰撞是否為一維.2.偶然誤差：主要來源于對質(zhì)量和長度的測量.七、注意事項1.斜槽末端的切線必須水平.2.入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放.3.選質(zhì)量較大的小球作為入射小球.4.實驗過程中，實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.正誤判斷.(1)利用斜槽驗證動量守恒時，同一次實驗釋放小球的位置可以不同.(

)(2)利用斜槽驗證動量守恒時，必須測量兩小球的質(zhì)量.(

)(3)利用斜槽驗證動量守恒時，兩小球碰后的速度大小可以用它們做平拋運動的水平距離替代.(

)(4)利用斜槽驗證動量守恒時，斜槽末端不需要調(diào)整到水平.(

)(5)利用斜槽驗證動量守恒時，入射小球的質(zhì)量可以小于被碰小球的質(zhì)量.(

)基礎(chǔ)演練×√√××例1.某同學(xué)用如圖所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證碰撞過程中的動量守恒，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽.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.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)這種操作10次.圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點，B球落點痕跡如圖所示，其中刻度尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，刻度尺的零點與O點對齊.(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為

cm.

64.8提示：圍繞10個落點所在的范圍作最小的圓，其圓心即為平均落點，sB=64.8cm.(2)在以下選項中，本次實驗必須進行的測量是

.

A.水平槽上未放B球時，A球落點位置到O點的距離B.A球與B球碰撞后，A球落點位置到O點的距離C.A球與B球的質(zhì)量D.G點相對于水平槽面的高度提示：還應(yīng)測出未放B球時，A球落點位置到O點的距離，A球和B球碰撞后，A球落點位置到O點的距離及A、B兩球的質(zhì)量.ABC例2.某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“驗證動量守恒定律”的實驗，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成.下面是實驗的主要步驟：①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；②向氣墊導(dǎo)軌中通入壓縮空氣；③接通光電計時器；④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌中間適當(dāng)位置；⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑥釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)有固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門后依次被制動；⑦讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間：滑塊1通過光電門1的擋光時間Δt1=10.01ms，通過光電門2的擋光時間Δt2=49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間Δt3=8.35ms；⑧測出擋光片的寬度d=5mm，測得滑塊1的質(zhì)量為m1=300g，滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2=200g.(1)實驗中氣墊導(dǎo)軌的作用是：A.

，B.

.

(2)碰撞前滑塊1的速度v1為

m/s，碰撞后滑塊1的速度v2為

m/s，滑塊2的速度v3為

m/s.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

大大減小因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差保證兩個滑塊的碰撞是一維的0.500.100.60

(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，通過本實驗?zāi)芊耱炞C動量守恒定律?通過對實驗數(shù)據(jù)的分析說明理由.提示：系統(tǒng)碰撞前的動量m1v1=0.15kg·m/s，系統(tǒng)碰撞后的動量m1v2+m2v3=0.15kg·m/s，滿足m1v1=m1v2+m2v3.能方案實驗裝置速度的測量質(zhì)量的測量用氣墊導(dǎo)軌利用公式v=，式中Δs為滑塊(擋光片)的寬度，Δt為計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門時對應(yīng)的時間用天平測量相互作用的兩物體的質(zhì)量方案實驗裝置速度的測量用等長懸線懸掛等大小的小球測量小球被拉起的角度，根據(jù)機械能守恒定律算出小球碰撞前對應(yīng)的速度；測量碰撞后兩小球分別擺起的對應(yīng)角度，根據(jù)機械能守恒定律算出碰撞后對應(yīng)的兩小球的速度用小車在光滑長木板上碰撞另一輛靜止的小車v=，式中Δs是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量.Δt為小車經(jīng)過Δs所用的時間，可由打點間隔算出.這個方案適合探究碰撞后兩物體結(jié)合為一體的情況1.某同學(xué)用圖甲所示裝置驗證動量守恒定律.實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置由靜止?jié)L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A球單獨滾下時的10個落點痕跡.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從同一固定位置由靜止?jié)L下，和B球碰撞后，A、B兩球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡.重復(fù)操作10次，得到如圖乙所示的三個落地點.隨堂檢測(1)請敘述用什么方法找出落地點的平均位置.并在圖中讀出sOP=

.

提示：用最小的圓把所有落點圈在里面，圓心即為落點的平均位置.

13.0cm(2)已知mA∶mB=2∶1，碰撞過程中動量守恒，則由圖可以判斷出R是

球的落地點，P是

球的落地點.

(3)用題中的字母寫出驗證動量守恒定律的表達式：

.

BAmA·sOQ=mA·sOP+mB·sOR

2.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器“驗證動量守恒定律”的實驗，在小車A的前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車B相碰并粘在一起繼續(xù)做勻速運動，如圖甲所示.在小車A的后面連著紙帶，電磁打點計時器的打點頻率為50Hz.甲(1)若已得到打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點間的距離.則應(yīng)選圖中

段來計算A碰前的速度，應(yīng)選

段來計算A和B碰后的速度.

乙BCDE提示：因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B黏在一起，其共同速度比A原來的速度小.所以，應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A碰前的速度，選點跡分布均勻且點距較小的DE段計算A和B碰后的速度.(2)已測得小車A的質(zhì)量mA=0.40kg，小車B的質(zhì)量mB=0.20kg，則由以上結(jié)果可得碰前mAvA+mBvB=

kg·m/s，碰后