第4节-实验：验证动量守恒定律课件

1、第4节实验：验证动量守恒定律一、实验目的1.明确验证动量守恒定律的基本思路。2.验证一维碰撞中的动量守恒。3.知道实验数据的处理方法。二、实验设计1.实验方案方案(一)：利用气垫导轨完成一维碰撞实验方案(二)：利用平抛运动验证碰撞中的动量守恒2.实验原理3.实验器材方案(一)：气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。方案(二)：斜槽，两个大小相等、质量不同的小球，铅垂线，复写纸，白纸，天平，刻度尺，圆规，三角板等。三、实验步骤1.实验设计方案(一)：利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞，装置如图。且用以下三种方式分别研究(2)如图所示，在两滑块上分

2、别装上撞针和橡皮泥，二者相碰撞后粘在一起。研究碰撞中的动量守恒。(1)如图所示，在两个滑块两端装上弹性碰撞架，研究碰撞中的动量守恒。(3)如图所示，在两个滑块间放置轻质弹簧，挤压两个滑块使弹簧压缩，并用一根细线将两个滑块固定。烧断细线，弹簧弹开后落下，两个滑块由静止向相反方向运动，研究烧断细线前后的动量守恒。代入m1v1m2v2m1v1m2v2(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。碰撞前碰撞后速度v1v2v1v2mvm1v1m2v2m1v1m2v2方案(二)：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)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)按照如图所示安装实验装置，调整

3、固定斜槽使斜槽末端切线水平。(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入自制的表中。计算m1OP及m1OMm2ON，看在误差允许的范围内是否相等。(4)不放被撞小球，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P就是小球落点的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端，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，如图所示。想一想1.为什么要选用质量较大的小

4、球碰撞质量较小的小球，而且两小球的半径应相同？2.本实验方案设计的巧妙之处在哪？提示1.避免碰后小球反向运动，另外碰撞应是对心碰撞，这样能减小实验误差。2.用长度测量代替速度测量，即利用平抛运动规律，抓住平抛运动高度相同、时间相等的特点，把测速度大小变成测水平位移的大小。四、数据处理1.计算表格中所涉及的各项的对应数据。2.比较各类碰撞前后的数据结果。3.结论：在误差允许的范围内，碰撞前后系统的总动量不变，即满足m1v1m2v2m1v1m2v2。五、误差分析1.碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。2.碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)影响是带来误差的又一

5、个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。3.速度的测量误差，方案一是比较好的，光电计时误差较小，方案二误差稍大一些。综上所述，方案一相比之下较为准确，研究的项目也可以更多一些。4.偶然误差测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减小偶然误差的影响。六、注意事项1.保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。2.若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平。3.碰撞有很多情形。我们可以在各种碰撞情况下去验证。甲试题案例例1 如图甲所示，用“碰撞实验器”

6、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。核心要点实验原理及注意事项(1)实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量_(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hB.小球抛出点距地面的高度HC.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m

7、1、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE测量平抛射程OM、ON乙(2)由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E。联立可得p1p1OPOM44.8035.201411答案(1)C(2)ADE(3)142.91.01针对训练1 现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律。在图甲中，小车A的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，启动打点计时器，给小车A一初速度，之后A与原来静止在前方的小车B相碰并粘在一起运动。实验测得小车A(含橡皮泥)的质量mA0.81 kg，小车B的质量mB0.84 kg，打点计

8、时器所用交流电的频率f50 Hz。碰撞前后打出的纸带如图乙所示(单位：cm)。(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是_。A.长木板下垫着的薄木片是用来平衡摩擦力的B.小车A和小车B的车轮应该由同种材料制成C.应选用质量差不多大的两个小车(2)碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s。(保留3位有效数字)答案(1)ABC(2)1.621.60解析(1)长木板下面垫薄木片是为了平衡摩擦力，让小车重力沿木板的下滑分力和小车与木板间的摩擦力平衡，故A正确；两个小车车轮的制作材料相同，才能同时平衡两个小车的摩擦力，故B正确；为使实验中碰撞效果明显，应选用质量差不多大的

9、两个小车，故C正确。核心要点实验数据处理例2 某同学利用电火花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(a)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。试题案例(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；把电火花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

10、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的质量为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以前系统的总动量为_kgm/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_kgm/s。(结果均保留三位有效数字)(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_。解析(1)使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器的电源，后释放滑块1。(3)

11、结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用。答案(1)接通打点计时器的电源释放滑块1(2)0.6200.618(3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用针对训练2 气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力，为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙

12、为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在其中一个纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带的一部分，在另一个纸带上以同间距的6个连续点为一段划分，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3，若题中各物理量的单位均为国际单位制单位，那么，碰撞前两滑块的质量与速度乘积大小分别为_、_，两滑块的质量与速度乘积之和的大小为_；碰撞后两滑块的总质量与速度乘积大小为_。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的质量与速度乘积之和在实验误差允许的范围内相等，则质量与速度乘积在碰撞前后是守恒的。解析因为打点计时器所用电源的频率为b，碰撞前两滑块的质量与速度乘积分别为因为运动方向相反，所以碰前两滑块质量与速度乘积

13、之和为mv1mv20.2ab(s1s3)答案0.2abs10.2abs30.2ab(s1s3)0.4abs2碰后两滑块的质量与速度乘积之和为核心要点科学探究“验证动量守恒定律”实验创新与改进的设计方法1.根据“验证动量守恒定律”的知识和方法进行迁移，设计合理的实验方案。2.灵活运用测量速度的方法或运用替代思想测量速度进行相应转化。3.根据实验原理和设计方案，合理选择实验步骤。针对训练3 两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来“验证动量守恒定律”。(1)实验中必须满足的条件是_。A.斜槽轨道尽量光滑以减小误差B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.入射球A每次必须从轨道的同一位置由

14、静止滚下D.两球的质量必须相等(2)测量所得入射球A的质量为mA，被碰撞小球B的质量为mB，图甲中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M、N，测得平抛射程分别为OM和ON。本实验中要验证的表达式应为_。(3)乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球A、球B与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B；然后将木条平移到图中所示位置，入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点P；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与球B相撞，确定球A和球B相撞后的撞击点分别为M和N。测