第五節(jié)

實驗：驗證動量守恒定律目錄13實驗思路小結(jié)和練習2實驗過程?問題導(dǎo)入問題1：動量守恒定律的適用條件是什么？問題2：在現(xiàn)實生活中，或者說在實驗室中，在哪些情況下可以近似看作滿足動量守恒的條件？實驗思路011實驗思路兩個物體在發(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，雖然系統(tǒng)還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但其中有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。因此可以近似認為滿足動量守恒的條件。為了實驗驗證的方便，我們應(yīng)該設(shè)計怎樣的碰撞？v1′m1v2′m2m1m2v1v2

一維碰撞——碰撞前后兩物體沿同一直線運動，便于數(shù)據(jù)收集和分析。1實驗思路如何實現(xiàn)一維碰撞？你能想到哪些場景？1實驗思路試著設(shè)計一個實驗來驗證動量守恒定律，并思考以下問題：（1）實驗中哪些物體構(gòu)成了要研究的系統(tǒng)？（2）如何創(chuàng)造條件，使得整個系統(tǒng)可以近似看作滿足動量守恒的條件？（3）需要測量哪些物理量？（4）如何處理數(shù)據(jù)證明動量守恒？實驗過程021物理量的測量研究對象確定后，根據(jù)動量守恒定律的表達式m1v′1＋m2v′2＝m1v1＋m2v2，我們需要測量物體的質(zhì)量，以及兩個物體發(fā)生碰撞前后各自的速度。物體的質(zhì)量可以用天平直接測量。想一想，有哪些方式可以測量速度？你在設(shè)計方案時會選擇哪種？為什么？2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒1．實驗原理：利用氣墊導(dǎo)軌減小摩擦力，創(chuàng)造實驗條件，用天平測量兩個碰撞滑塊的質(zhì)量，利用光電門和數(shù)字計時器來測量滑塊碰撞前后的速度。2．實驗器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊兩個（帶遮光條）、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒3．不同情況的碰撞（1）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。（2）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搭扣，碰撞時它們也會連成一體。2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒3．不同情況的碰撞（3）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，兩滑塊由靜止向相反方向運動。2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒4．實驗步驟（1）利用天平測量兩個滑塊的質(zhì)量m1、m2，記錄到數(shù)據(jù)表格中；（2）安裝好氣墊導(dǎo)軌和光電門，氣墊導(dǎo)軌水平放置；（3）依次進行三種情況的碰撞實驗，記錄滑塊上兩個滑塊上遮光條的長度Δx，和兩個滑塊通過光電門的時間Δt；實驗前請思考：1．氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平？如果需要，你能想出哪些辦法？2．如何設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格？3．如果碰撞后的速度與原來的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒5．實驗數(shù)據(jù)遮光條的長度：Δx1＝

；Δx2＝

；

實驗滑塊質(zhì)量碰撞前滑塊1通過光電門的時間碰撞后兩滑塊通過光電門的時間m1/kgm2/kgΔt1/sΔt′1/sΔt2/s滑塊碰撞后分開滑塊碰撞后粘連彈簧使靜止滑塊分開2研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒

3研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1．實驗器材：天平，兩個大小相等、質(zhì)量不同的小球，末端水平的斜槽，白紙，復(fù)寫紙，刻度尺，重垂線，支架，圓規(guī)。2．物理量的測量（1）兩個小球的質(zhì)量：可以用天平直接測量；（2）兩個小球的速度：可以通過平拋運動的知識求出兩球碰撞前后的速度。3研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒2．物理量的測量思考：一定要用水平位移和下落高度求出各小球碰撞前后的速度嗎？設(shè)小球下落的時間為

t

，質(zhì)量為

m1

的入射小球碰前的速度為

v1，碰撞后入射小球的速度為

v′1，被碰小球的速度為

v′2

，如圖所示，則有：OP＝v1t，v1＝OM＝v′1t，v′1＝ON＝v′2t，v′2＝所以驗證

mv1＝m1v′1＋m2v′2

，可以轉(zhuǎn)化為驗證m1OP＝m1OM＋m2ON3研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒3．實驗步驟（1）用天平測量兩小球的質(zhì)量m1

、m2，記錄到數(shù)據(jù)表格中；（2）安裝好實驗裝置，斜槽末端點必須保持水平；（3）在桌面上鋪好一張白紙固定好，然后在白紙上固定一張復(fù)寫紙；（4）在白紙上記下，重垂線所指的位置O點；（5）先不放被碰小球，讓入射小球從同一高度靜止?jié)L下，重復(fù)十次，然后利用圓規(guī)將白紙上小球落點的印記盡可能畫在同一圓中，標出圓心P點。（6）將被碰小球放在斜槽末端點，然后讓入射小球從剛才的高度靜止?jié)L下，重復(fù)十次，同理標出入射小球落點的圓心

M和被碰小球落點的圓心N

；（7）用刻度尺分別測量，O

點到M、P、N的距離OM、OP、ON

，記錄到數(shù)據(jù)表格中。3研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒實驗前請思考：（1）如何判斷斜槽的末端已經(jīng)水平？（2）兩個小球的質(zhì)量有無要求？哪個應(yīng)作為被碰小球？（3）為什么入射小球要從同一高度釋放？（4）實驗過程中實驗桌、斜槽、白紙的位置可以變動嗎？3研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒4．實驗數(shù)據(jù)5．數(shù)據(jù)處理因為小球的下落高度相同，因此飛行時間相同，小球碰撞后的速度之比就等它們落地時飛行的水平距離之比，只要驗證m1x2＝m1x1＋m2x3

即可。入射小球質(zhì)量m1/kg被碰小球質(zhì)量m2/kgOM的長度x1/cmOP的長度x2/cmON的長度x3/cm小結(jié)和練習031小結(jié)1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。2．注意事項：（1）若利用氣墊導(dǎo)軌進行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平；（2）若利用平拋運動規(guī)律進行驗證：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．1．小佳同學用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖甲所示。（1）該同學用螺旋測微器測量遮光條的寬度

d，示數(shù)如圖乙所示，可知遮光條的寬度d＝__________cm，隨后將兩塊寬度均為

d

的遮光條安裝到兩滑塊上。

（2）安裝好氣墊導(dǎo)軌和光電門，接通氣源后，在導(dǎo)軌上輕放一個滑塊，輕推滑塊使滑塊獲得一個初速度，使它從軌道左端向右運動，若滑塊通過光電門1的時間__________（選填“>”“<”或“＝”）通過光電門2的時間，則可以認為導(dǎo)軌水平。

2練習0.6120甲乙＝1．（3）用托盤天平測得滑塊

A、B

的質(zhì)量（均包括遮光條）分別為

mA、mB，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌后，將滑塊

A

向左推出，與靜止的滑塊

B

發(fā)生碰撞，碰后兩滑塊沒有粘連，與光電門1相連的計時器先后兩次顯示的擋光時間分別記為Δt1

和Δt2，與光電門2相連的計時器顯示的擋光時間為Δt3

。從實驗結(jié)果可知兩滑塊的質(zhì)量滿足mA______（選填“>”“<”或“＝”）mB，則驗證碰撞過程中動量守恒的表達式為_____________（用題中涉及的物理量符號表示）。2練習＜

2．某同學用如圖甲所示裝置做“驗證動量守恒定律”實驗。圖中O

是斜槽水平末端在記錄紙上的垂直投影點，P

為未放被碰小球時入射小球的平均落點，M為與被碰小球碰后入射小球的平均落點，N

為被碰小球的平均落點。（1）關(guān)于實驗要點，下列說法正確的是________。

A．安裝軌道時，軌道末端必須水平B．實驗過程中，復(fù)寫紙、白紙都可以移動C．入射小球的質(zhì)量必須小于被碰小球的質(zhì)量，兩球的半徑相同D．斜槽軌道必須光滑，且同一組實驗中，入射小球必須從同一位置由靜止釋放2練習A2．（2）實驗中，除測量平拋射程OM、ON、OP

外，還必須測量的物理量有_____。

A．測量入射小球質(zhì)量

m1

和被碰小球質(zhì)量

m2B．測量拋出點距地面的高度

HC．測量

S

離水平軌道的高度

hD．測量入射小球半徑r1

和