【步步高】2014高考物理大一轮复习 实验十六 验证动量守恒定律

1 实验十六实验十六 验证动量守恒定律验证动量守恒定律 1 如图所示 在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导 轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做 探究碰撞中的守恒 量 的实验 实验步骤如下 把两滑块A和B紧贴在一起 在A上放质量为m的砝码 置于导轨上 用电动卡销卡住A和B 在A和B的固定挡板间放入 一轻弹簧 使弹簧处于水平方向上的压缩状态 按下电钮使电动卡销放开 同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器 当A 和B与固定挡板C和D碰撞时 电子计时器自动停表 记下A至C的运动时间t1 B至D 的运动时间t2 重复几次 取t1和t2的平均值 1 在调整气垫导轨时应注意 2 应测量的数据还有 3 只有关系式 成立 即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和 解析 1 使气垫导轨水平 2 滑块A的左端到挡板C的距离s1和滑块B的右端到挡板D的距离s2 3 由动量守恒定律列方程式 M m s1 t1 Ms2 t2 答案 见解析 2 如图所示气垫导轨是常用的一种实验仪器 它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间 形成气垫 使滑块悬浮在导轨上 滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦 我们可以用带竖 直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律 实验装置如图所示 弹簧的 长度忽略不计 采用实验步骤如下 a 用天平分别测出滑块A B的质量mA mB b 调整气垫导轨 使导轨处于水平 c 在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧 用电动卡锁锁定 静止放置在气垫导轨上 d 用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1 e 按下电钮放开卡锁 同时使分别记录滑块A B运动时间的计时器开始工作 当 A B滑块分别碰撞C D挡板时停止计时 记下A B分别到达C D的运动时间t1和t2 2 1 实验中还应测量的物理量是 2 利用上述测量的实验数据 验证动量守恒定律的表达式是 上式中算得的 A B两滑块的动量大小并不完全相等 产生误差的原因是 解析 1 实验要验证A B被弹簧弹离后动量大小是否相同 必须计算出两滑块的速 度 因此实验过程中还必须测出B的右端至D板的距离L2 因数 查出当地的重力加速度g B 用细线将滑块A B连接 使A B间的弹簧压缩 滑块B紧靠在桌边 C 剪断细线 测出滑块B做平抛运动落地时到重垂线的水平位移x1和滑块A沿桌面 滑行距离x2 1 为验证动量守恒 写出还须测量的物理量及表示它的字母 2 动量守恒的表达式为 3 4 如图所示是用来验证动量守恒的实验装置 弹性球 1 用细线悬挂于O点 O点下方 桌子的边沿有一竖直立柱 实验时 调节悬点 使弹性球 1 静止时恰与立柱上的球 2 接触 且两球等高 将球 1 拉到A点 并使之静止 同时把球 2 放在立柱上 释放球 1 当它摆到悬点正下方时与球 2 发生对心碰撞 碰后球 1 向左最远可摆到B点 球 2 落 到水平地面上的C点 测出有关数据即可验证 1 2 两球碰撞时动量守恒 现已测出A点离 水平桌面的距离为a B点离水平桌面的高度为b C点与桌子边沿间的水平距离为c 此外 1 还需要测量的量是 和 2 根据测量的数据 该实验中动量守恒的表达式为 忽略小球的大小 解析 1 要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化 根据弹性球 1 碰撞前 后的高度a和b 由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度 故只要再测量弹性球 1 的质量m1 4 就能求出弹性球 1 的动量变化 根据平抛运动的规律 只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球 2 碰撞前后的 速度变化 故只要测量弹性球 2 的质量和立柱高h 桌面高H就能求出弹性球 2 的动量变化 2 根据 1 的解析可以写出动量守恒的方程为 2m1 2m1 m2 a hb h c H h 答案 1 弹性球 1 2 的质量m1 m2 立柱高h 桌面高H 2 2m1 2m1 m2 a hb h c H h 5 某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验 气垫导轨装置如图 所示 所用的气垫导轨装置由导轨 滑块 弹射架等组成 在空腔导轨的两个工作面上均 匀分布着一定数量的小孔 向导轨空腔内不断通入压缩空气 空气会从小孔中喷出 使滑 块稳定地漂浮在导轨上 这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 1 下面是实验的主要步骤 安装好气垫导轨 调节气垫导轨的调节旋钮 使导轨水平 向气垫导轨通入压缩空气 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧 将纸带穿过打点计时器与弹 射架并固定在滑块 1 的左端 调节打点计时器的高度 直至滑块拖着纸带移动时 纸带始 终在水平方向 使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳 把滑块 2 放在气垫导轨的中间 先 然后 让滑块带动纸带一起运动 取下纸带 重复步骤 选出理想的纸带如图 b 所示 测得滑块 1 的质量 310 g 滑块 2 包括橡皮泥 的质量为 205 g 完善实验步骤 的内容 2 已知打点计时器每隔 0 02 s 打一个点 计算可知两滑块相互作用