19年高考物理一轮复习第6章动量实验7验证动量守恒定律学案

内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 内部文件，版权追溯 实验七 验证动量守恒定律

(对应学生用书第111页)

一、实验目的

验证动量守恒定律．

二、实验原理

在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．

三、实验方案、器材、步骤及数据处理

实验方案1.利用气垫导轨完成一维碰撞实验

[实验器材]

气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．

图实-7-1

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出滑块质量． 2．安装：正确安装好气垫导轨．

3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量．②改变滑块的初速度大小和方向)． 4．验证：一维碰撞中的动量守恒． [数据处理]

Δx1．滑块速度的测量：v＝Δt，式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间． 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′

实验方案2.利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验

1

[实验器材]

带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. 2．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．

图实-7-2

3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．

4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度；测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度． 5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验． 6．验证：一维碰撞中的动量守恒． [数据处理]

1．摆球速度的测量：v＝2gh，式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)． 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′

实验方案3.在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验

[实验器材]

光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺．

图实-7-3

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小车的质量．

2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．

3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．

Δx4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝Δt算出速度． 5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．

2

6．验证：一维碰撞中的动量守恒． [数据处理]

Δx1．小车速度的测量v＝Δt，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出． 2．验证的表达式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′

实验方案4.利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律

[实验器材]

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、刻度尺、圆规等．

图实-7-4

[实验步骤]

1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球． 2．安装：如图所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．

3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O. 4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心就是小球落点的平均位置． 5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图实-7-5所示．

图实-7-5

6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立． 7．结束：整理好实验器材放回原处． [数据处理]

验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON

3

四、注意事项

1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． 2．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变． 五、误差分析

1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求．

(1)碰撞是否为一维．

(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力．

2．偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量.

(对应学生用书第112页) 考点一| 实验原理与操作

如图实-7-6，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．

图实-7-6

(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题． A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程

(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．

接下来要完成的必要步骤是________．(填选项前的符号) A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球m1开始释放高度h

4

C．测量抛出点距地面的高度H

D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON

(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为______________[用(2)中测量的量表示]；

若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为________________[用(2)中测量的量表示]．

x1

2

[解析](1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即v＝t.而由H＝2gt知，OPOMON每次竖直高度相等，平抛时间相等．即m1t＝m1t＋m2t；则可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.故只需测量射程，因而选C.

(2)由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤A、D、E. (3)若为弹性碰撞，同时还满足机械能守恒． 1?OP?1?OM?1?ON???2??2??22m1?t?＝2m1?t?＋2m2?t?

m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2.

[答案](1)C (2)ADE (3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2

某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验．先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．

(1)本实验必须测量的物理量有________． A．斜槽轨道末端距水平地面的高度H B．小球a、b的质量ma、mb C．小球a、b的半径r

D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h

(2)放上被碰小球b，两球(ma>mb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上

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