1、學案2探究動量守恒定律實驗?zāi)康奶骄课矬w碰撞時動量變化的規(guī)律 猜想與假設(shè)為了使問題簡化，這里先研究兩個物體碰撞時動量變化的規(guī)律，碰撞前兩物體沿同一直線運動，碰撞后仍沿這一直線運動設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2，碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v1、v2，如果速度與我們規(guī)定的正方向一致取正值，相反取負值根據(jù)實驗求出兩物體碰前動量pm1v1m2v2碰后動量pm1v1m2v2看一看p與p有什么關(guān)系？實驗設(shè)計1實驗設(shè)計要考慮的問題(1)如何保證碰撞前后兩物體速度在一條直線上？(2)如何測定碰撞前、后兩物體的速度？2實驗案例：氣墊導軌上的實驗氣墊導軌、氣泵、光電計時器、天平等氣墊導軌裝置

2、如圖1所示，由導軌、滑塊、擋光條、光電門等組成，在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上(如圖2所示，圖中氣墊層的厚度放大了很多倍)，這樣大大減小了由摩擦產(chǎn)生的影響圖1圖2(1)質(zhì)量的測量：用天平測量(2)速度的測量：用光電計時器測量設(shè)x為滑塊(擋光條)的寬度，t為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光條)經(jīng)過光電門的時間，則v.實驗步驟(1)如圖2所示，調(diào)節(jié)氣墊導軌，使其水平是否水平可按如下方法檢查：打開氣泵后，導軌上的滑塊應(yīng)該能保持靜止(2)按說明書連接好光電計時器與光電門(3)如圖3所示，在滑片上安裝好彈性架將兩

3、滑塊從左、右以適當?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后在兩光電門中間發(fā)生碰撞，碰撞后分別沿與各自碰撞前相反的方向運動再次經(jīng)過光電門，光電計時器分別測出兩滑塊碰撞前后的速度測出它們的質(zhì)量后，將實驗結(jié)果記入相應(yīng)表格中圖3(4)如圖4所示，在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥，將兩滑塊從左、右以適當?shù)乃俣冉?jīng)過光電門后發(fā)生碰撞，相碰后粘在一起，測出它們的質(zhì)量和速度，將實驗結(jié)果記入相應(yīng)的表格圖4(5)在滑塊上安裝好撞針及橡皮泥后，將裝有橡皮泥的滑塊停在兩光電門之間，裝有撞針的滑塊從一側(cè)經(jīng)過光電門后兩滑塊碰撞，然后一起運動經(jīng)過另一光電門，測出兩滑塊的質(zhì)量和速度，將實驗結(jié)果記入相應(yīng)表格中(6)根據(jù)上述各次碰撞的實驗數(shù)據(jù)尋找物體碰撞時動

4、量變化的規(guī)律氣墊導軌實驗數(shù)據(jù)記錄表碰撞前碰撞后質(zhì)量m(kg)m1m2m1m2速度v(ms1)v1v2v1v2mv(kgms1)m1v1m2v2m1v1m2v2結(jié)論實驗結(jié)論：碰撞前后兩滑塊的動量之和保持不變典例分析例1為了探究物體碰撞時動量變化的規(guī)律，實驗最好在氣墊導軌上進行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞前后的運動可以看成是勻速運動，使實驗的可靠性及準確度得以提高在某次實驗中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長氣墊導軌上相碰，用頻閃攝像的方法每隔0.4秒的時間拍攝一次照片，每次拍攝時閃光的持續(xù)時間很短，可以忽略，如圖5所示，已知A、B之間的質(zhì)量關(guān)系是mB1.5mA，拍攝共進行了4次，第一次是在兩

5、滑塊相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原來處于靜止狀態(tài)，設(shè)A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時間內(nèi)是在10 cm至105 cm這段范圍內(nèi)運動(以滑塊上的箭頭位置為準)，試根據(jù)閃光照片求出：圖5(1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少？(2)根據(jù)閃光照片分析說明兩滑塊碰撞前后，兩個滑塊的質(zhì)量與速度的乘積和是否不變解析(1)分析題圖可知碰撞后從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片時，A運動的時間是t1 s0.2 s由此可知，從第一張拍攝照片到發(fā)生碰撞的時間為t2(0.40.2) s0.2 s則碰撞前B物體的速度為vB m/s1.0 m/s由題意得vA0.(2)碰撞前：mAvAmBvB1.5mA碰撞后：mAvAm

6、BvB0.75mA0.75mA1.5mA，所以mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后兩個物體總動量不變答案見解析例2某同學設(shè)計了一個用打點計時器探究碰撞過程中動量變化的規(guī)律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運動然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動，他設(shè)計的具體裝置如圖6所示在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力圖6(1)若已得到打點紙帶如圖7所示，并測得各計數(shù)點間距離標在圖上，A為運動起始的第一點則應(yīng)選_段來計算小車A的碰前速度，應(yīng)選_段來計算小車A和小車B碰后的共同速度(填“AB”“B

7、C”“CD”或“DE”)圖7(2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg，由以上的測量結(jié)果可得：碰前兩小車的總動量為_ kgm/s，碰后兩小車的總動量為_ kgm/s.解析(1)因小車做勻速運動，應(yīng)取紙帶上打點均勻的一段來計算速度，碰前BC段點距相等，碰后DE段點距相等，故取BC段、DE段分別計算碰前小車A的速度和碰后小車A和小車B的共同速度(2)碰前小車速度vA m/s1.05 m/s其動量pAmAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/s碰后小車A和小車B的共同速度vAB m/s0.695 m/s碰后總動量pAB(mAmB)vAB(0.400.20

8、)0.695 kgm/s0.417 kgm/s從上面計算可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)碰撞前后總動量不變答案(1)BCDE(2)0.4200.417點撥(1)此實驗的條件是：在實驗前要把木板的一端墊起，以平衡摩擦力(2)此實驗關(guān)鍵是求小車的速度，而小車碰撞前后速度的求解方法是利用紙帶上勻速運動的過程求解，為了減小測量的相對誤差，應(yīng)多測幾個間距來求速度圖8例3如圖8所示，在實驗室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做探究碰撞時動量變化的規(guī)律的實驗：(1)把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧

9、，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)(2)按下開關(guān)使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當滑塊A和B與擋板C和D碰撞的同時，電子計時器自動停表，記下A至C的運動時間t1，B至D的運動時間t2.(3)重復幾次取t1、t2的平均值請回答以下幾個問題：在調(diào)整氣墊導軌時應(yīng)注意_；應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有_；作用前A、B兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為_，作用后A、B兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為_解析為了保證A、B兩滑塊作用后做勻速直線運動，必須使氣墊導軌水平，需要用水平儀加以調(diào)試要求出A、B兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測出A至C的運動時間t1和B至D的運動時間t2，并且還要測量出兩滑塊到擋板的距

10、離s1和s2，再由公式v求出其速度設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA，vB.碰前兩滑塊靜止，v0，速度與質(zhì)量乘積之和為0，碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為(Mm)M.答案用水平儀調(diào)試使導軌水平A至C的距離s1、B至D的距離s20(Mm)M基礎(chǔ)題1用氣墊導軌進行探究碰撞中的不變量的實驗時，不需要測量的物理量是()A滑塊的質(zhì)量 B擋光時間C擋光條的寬度 D光電門的高度答案D2圖1中，設(shè)擋光板寬度為3 cm，左側(cè)滑塊碰后通過左側(cè)光電計時裝置時記錄時間為3101 s，而右側(cè)滑塊通過右側(cè)光電計時裝置時記錄時間為2101 s，則兩滑塊碰撞后的速度大小分別是_、_.圖1答案0.1 m/s

11、0.15 m/s解析題圖中滑塊部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設(shè)為L.氣墊導軌的框架上安裝有光控開關(guān)，并與計時裝置相連，構(gòu)成光電計時裝置當擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過后不再擋光則停止計時，設(shè)記錄的時間為t，則滑塊相當于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v.則v左0.1 m/s，v右0.15 m/s.圖23某同學把兩塊大小不同的木塊用細線連接(未畫出)，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，如圖2所示，將這一系統(tǒng)置于光滑水平桌面上，燒斷細線，觀察物體的運動情況，進行必要的測量，驗證兩物體相互作用的過程中動量是否守恒(1)該同學還須具備的器材是_；(2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是_；(3)用

12、所得數(shù)據(jù)驗證動量守恒的關(guān)系式是_答案(1)刻度尺、天平(2)兩木塊質(zhì)量m1、m2及其平拋運動的水平位移s1、s2(3)m1s1m2s2解析(1)設(shè)兩木塊質(zhì)量分別為m1、m2，離開桌面至落地的過程是平拋運動，其水平位移為s1、s2，燒斷細線前后由m1、m2兩木塊組成的系統(tǒng)若動量守恒，則有m1v1m2v2，又因平拋運動的豎直位移為hgt2，故t，即兩木塊運動時間相等，所以m1m2就變成了m1s1m2s2.4如圖3所示為氣墊導軌上兩個滑塊A、B相互作用后運動過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10 Hz，開始時兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕彈簧，滑塊用繩子連接，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運動已知

13、滑塊A、B的質(zhì)量分別為200 g、300 g，根據(jù)照片記錄的信息，A、B離開彈簧后，A滑塊做_運動，其速度大小為_ m/s，本實驗中得出的結(jié)論是_.圖3答案勻速直線0.09碰撞前后滑塊A、B的質(zhì)量與其速度乘積之和為不變量解析碰撞前：vA0，vB0，所以有mAvAmBvB0碰撞后：vA0.09 m/s，vB0.06 m/s規(guī)定向右為正方向，則有mAvAmBvB0.2(0.09) kgm/s0.30.06 kgm/s0則由以上計算可知：mAvAmBvBmAvAmBvB5有甲、乙兩輛小車，質(zhì)量分別為m1302 g，m2202 g，甲小車拖有紙帶，通過打點計時器記錄它的運動情況，乙小車靜止在水平桌面上

14、，甲小車以一定的速度向乙小車運動，跟乙小車發(fā)生碰撞后與乙小車粘合在一起共同運動這個過程中打點計時器在紙帶上記錄的點跡如圖4所示，在圖上還標出了用刻度尺量出的各點的數(shù)據(jù)，已知打點計時器的打點頻率為50 Hz.圖4(1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出：兩車碰撞過程經(jīng)歷的時間大約為_ s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)碰前甲車的動量大小為_ kgm/s，碰后兩車的總動量為_ kgm/s；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3)從上述實驗中能得出什么結(jié)論？答案(1)0.10(2)0.2020.203(3)在誤差范圍內(nèi)，碰撞過程中兩車的總動量保持不變，即m1v1(m1m2)v解析本題通過分析紙帶來確定甲車速度的變化從紙帶

15、上0點開始每0.02 s內(nèi)甲車位移分別為13.2 mm、13.5 mm、13.5 mm、12.6 mm、11.7 mm、10.8 mm、9.9 mm、9 mm、8.1 mm、8 mm、8 mm.(1)從以上數(shù)據(jù)可知從第3點到第8個點是碰撞過程，則t50.02 s0.10 s，該段時間內(nèi)甲車做減速運動(2)甲車與乙車碰前速度v1103 m/s0.670 m/s，碰前甲車動量m1v10.302 kg0.670 m/s0.202 kgm/s；碰后兩車的速度v2v1v，v103 m/s0.402 m/s，碰后兩車的總動量(m1m2)v(0.3020.202)0.402 kgm/s0.203 kgm/s

16、.(3)在誤差允許范圍內(nèi)，兩車總動量保持不變，即m1v1(m1m2)v.能力題6某同學用如圖5甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中動量變化的規(guī)律，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，重復這種操作10次圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點P為未放被碰小球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點若B球

17、落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零點與O點對齊圖5(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_ cm.(2)在以下選項中，本次實驗必須進行的測量有_A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離C測量A球或B球的直徑D測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)E測量G點相對于水平槽面的高度答案(1)65.00.1(2)ABD解析(1)將10個點圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心作為平均落點，可由刻度尺測得碰撞后B球的水平射程為65.0 cm，因最后一位數(shù)字為估讀值，所以允許誤差0.1 cm，因此64.9 cm和65.1 cm也是正確的(2)從同

18、一高度做平拋運動飛行的時間t相同，而水平方向為勻速直線運動，故水平位移svt，所以只要測出小球飛行的水平位移，就可以用水平位移代替平拋初速度，亦即碰撞前后的速度，證明mA與mAmB是否相等，即可以說明兩個物體碰撞前后各自的質(zhì)量與其速度的乘積之和是否相等，故必須測量的是兩球的質(zhì)量和水平射程，即選項A、B、D是必須進行的測量7某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“探究碰撞過程中動量變化的規(guī)律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖6甲所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，如圖

19、乙所示，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差圖6(1)下面是實驗的主要步驟：安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；向氣墊導軌通入壓縮空氣；把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；使滑塊1擠壓導軌右端彈射架上的橡皮泥；把滑塊2(所用滑塊1、2如圖丙所示)放在氣墊導軌的中間；先_，然后_，讓滑塊帶動紙帶一起運動；取下紙帶，重復步驟，選出較理想的紙帶如圖丁所示；測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g；試著完善實驗步驟的內(nèi)容(2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前總動量為_ kgm/s；兩滑塊相互作用后總動量為_ kgm/s(保留三位有效數(shù)字)(3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_答案(1)接通打點計時器的電源放開滑塊1(2)0.6200.618(3)紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦解析(2)作用前滑塊1的速度v1 m/s2 m/s，其動量為0.31 kg2 m/s0.