第一章

動(dòng)量守恒定律第4節(jié)

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

1.找一個(gè)碰撞過(guò)程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置2.設(shè)法測(cè)量出碰撞前后系統(tǒng)的動(dòng)量3.比較前后動(dòng)量的大小關(guān)系4.處理數(shù)據(jù)并得出結(jié)論新課引入：在實(shí)驗(yàn)室如何驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律呢？目錄第4節(jié)

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案一：氣墊導(dǎo)軌法方案二：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器法方案三：?jiǎn)螖[法方案四：拋體法一、氣墊導(dǎo)軌法1.天平測(cè)質(zhì)量m碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’2.光電門(mén)測(cè)速度V3.列表處理數(shù)據(jù)注意：導(dǎo)軌一定保持水平碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’一、氣墊導(dǎo)軌法1.天平測(cè)質(zhì)量m2.光電門(mén)測(cè)速度V3.列表處理數(shù)據(jù)①在兩車碰撞處加輕彈簧，使兩小車碰撞后可以完全彈開(kāi)。0.250.250.250.250.420.000.000.400.1050.100m1m2v0m1m2v0碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’②在兩車碰撞處加撞針和橡皮泥，使兩小車碰后粘一起。0.450.250.450.250.320.000.200.200.1440.140一、氣墊導(dǎo)軌法③在兩車碰撞處加撞針和橡皮泥或彈簧，使兩小迎面相撞。①在兩車碰撞處加輕彈簧，使兩小車碰撞后可以完全彈開(kāi)。碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’②在兩車碰撞處加撞針和橡皮泥，使兩小車碰后粘一起。0.450.250.450.250.320.000.200.200.1440.140一、氣墊導(dǎo)軌法③在兩車碰撞處加撞針和橡皮泥或彈簧，使兩小迎面相撞。①在兩車碰撞處加輕彈簧，使兩小車碰撞后可以完全彈開(kāi)。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碰撞過(guò)程中系統(tǒng)的mv的矢量和守恒(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是_______________________________。(2)若取A滑塊的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍瑒t放開(kāi)卡銷前，A、B兩滑塊動(dòng)量之和為_(kāi)_______；A、B兩滑塊與彈簧分離后，動(dòng)量之和為_(kāi)_________________。若這兩個(gè)和相等，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律?！镜淅?】在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)中常會(huì)用到氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌與滑塊之間形成空氣墊，使滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)幾乎沒(méi)有摩擦?，F(xiàn)在有滑塊A、B和帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌，用它們驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示(彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì))。采用的實(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、mB；b．調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使之水平；c．在A、B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，

用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；d．用刻度尺測(cè)出A的左端至擋板C的距離L1；e．按下電鈕放開(kāi)卡銷，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時(shí)結(jié)束計(jì)時(shí)，記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。B的右端至擋板D的距離L20

(2)若取A滑塊的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，則放開(kāi)卡銷前，A、B兩滑塊動(dòng)量之和為_(kāi)_______；A、B兩滑塊與彈簧分離后，動(dòng)量之和為_(kāi)_________________。若這兩個(gè)和相等，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。(3)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，彈簧作用前后，A、B兩滑塊動(dòng)量之和并不完全相等，可能產(chǎn)生誤差的原因有________。A．氣墊導(dǎo)軌不完全水平B．滑塊A、B的質(zhì)量不完全相等C．滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦力不真正為零D．質(zhì)量、距離、時(shí)間等數(shù)據(jù)的測(cè)量有誤差A(yù)CD0

碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2速度v1v2v1’v2’mvm1v1+m2v2m1v1’+m2v2’1.天平測(cè)質(zhì)量2.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度注意:一定要傾斜木板平衡摩擦力二、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器法0.250.250.250.250.420.000.200.200.1050.100三、單擺法2.量角器測(cè)角度21.天平測(cè)質(zhì)量θαm1v0=βm1v1+m2v2V1V21LV0【典例2】用如圖所示裝置來(lái)“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)細(xì)線被拉直時(shí)O點(diǎn)到球心的距離為L(zhǎng)，且細(xì)線與豎直線之間夾角為α；球A由靜止釋放，擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫(xiě)紙的白紙D，用來(lái)記錄球B的落點(diǎn)。(1)用圖中所示各個(gè)物理量的符號(hào)表示碰撞前后A、B兩球的速度(設(shè)A、B兩球碰前的速度分別為vA、vB，碰后速度分別為vA′、vB′)，則vA＝________________，vA′＝________________，vB＝____，vB′＝__________。(2)請(qǐng)你提供兩條提高實(shí)驗(yàn)精度的建議：__________________________________________________________________________________________________。

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①多次實(shí)驗(yàn)，求B球落點(diǎn)的平均位置②α角取值不要太?、蹆汕駻、B的質(zhì)量不要太小。四、拋體法1.天平測(cè)質(zhì)量2.刻度尺測(cè)水平位移0Pm1m2=NM注意：必須滿足m1>m2、

r1＝r2(6)入射球的位置應(yīng)適當(dāng)高些，這樣入射速度大，內(nèi)力大。四、拋體法3.注意事項(xiàng)(1)斜槽末端切線必須水平(3)入射球的質(zhì)量m1大于被碰球的質(zhì)量m2。m1>m2(4)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、白紙的位置要始終保持不變。(5)不需要測(cè)量速度的具體數(shù)值，轉(zhuǎn)化為水平距離的測(cè)量。(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度靜止釋放。1.天平測(cè)質(zhì)量2.刻度尺測(cè)水平位移

產(chǎn)生原因減少方法偶然誤差質(zhì)量m和速度v的測(cè)量、讀數(shù)采取多次測(cè)量求平均值系統(tǒng)誤差(1)碰撞是否為一維碰撞(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，兩球是否等大，斜槽末端切線是否水平設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守恒的條件四、拋體法3.注意事項(xiàng)1.天平測(cè)質(zhì)量2.刻度尺測(cè)水平位移4.誤差分析【典例3】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)量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(kāi)始釋放時(shí)距桌面的高度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C(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O(píng)P，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(kāi)始釋放時(shí)距桌面的高度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O(píng)M、ON(3)若兩球碰撞前后的動(dòng)量守恒，表達(dá)式________________________[用(2)中測(cè)量的量表示]。ADEm1·0M＋m2·0N＝m1·0P【典例4】[實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新]如圖所示，OA為一圓弧，其末端切線水平。ABC為一斜面體，圓弧末端恰好與斜面體頂端在A點(diǎn)重合?，F(xiàn)借助該裝置驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒。(1)先不放玻璃小球2，讓鋼球1從圓弧上某一適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止自由滾下，重復(fù)10次，用盡可能小的圓將所有的落點(diǎn)都圈在里面，得到鋼球1的平均落點(diǎn)；(2)將玻璃小球2靜置在A點(diǎn)，讓入射鋼球1繼續(xù)從相同的位置處由靜止自由滾下，在A點(diǎn)與小球2發(fā)生碰撞，重復(fù)10次，用同樣的辦法確定它們各自的平均落點(diǎn)(兩小球體積相同，且均視為質(zhì)點(diǎn))；(3)確定的落點(diǎn)為斜面上的P、M、N三點(diǎn)，其中________點(diǎn)為玻璃小球2的落點(diǎn)；N(4)為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒，必須測(cè)量的物理量有________；A．小球1、2的質(zhì)量m1、m2B．斜面傾角θC．各落點(diǎn)到A點(diǎn)的距離LAM、LAP、LAN(5)實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證是否成立的表達(dá)式為_(kāi)_________________________(用所測(cè)物理量表示)。AC

【典例5】[數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新]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B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊所處方向運(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如圖所示。

已知相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T(mén)，在這4次閃光的過(guò)程中，A、B兩滑塊均在0～80cm內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均可忽略不計(jì)，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時(shí)刻，A、B兩滑塊質(zhì)量之比mA∶mB＝________。2.5T2∶3【典例6】某同學(xué)用圖甲所示裝置通過(guò)大小相同的A、B兩小球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。圖中PQ是斜槽，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置C由靜止開(kāi)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(gè)落點(diǎn)痕跡。再把B球放在水平槽末端，讓A球仍從位置C由靜止開(kāi)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(diǎn)痕跡。重復(fù)這種操作10次。圖中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)。(1)安裝器材時(shí)要注意：固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿________方向。(2)小球A的質(zhì)量m1與小球B的質(zhì)量m2應(yīng)滿足的關(guān)系是m1________m2(填“＞”“＜”或“＝”)。水平＞(3)某次實(shí)驗(yàn)中，得出小球的落點(diǎn)情況如圖乙所示，P′、M、N分別是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落點(diǎn)的平均位置(把落點(diǎn)圈在內(nèi)的最小圓的圓心)。若本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)很好地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律，則入射小球和被碰小球的質(zhì)量之比m1∶m2＝________。4:1【典例7】“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測(cè)得。(1)實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行的操作有________(單選)。A．測(cè)量滑軌的長(zhǎng)度B．測(cè)量小車的長(zhǎng)度和高度C．碰撞前將滑軌調(diào)成水平(2)下表是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)：A質(zhì)量/kgB質(zhì)量/kg碰前A速度/(m·s－1)碰后A速度/(m·s－1)碰后B速度/(m·s－1)0.2000.3001.010-0.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動(dòng)量大小是________kg·m/s。(結(jié)果保留