3.动量守恒定律的应用

1、,实验验证动量守恒定律,隆昌市第二中学 陈刚,问题与思考,问题1：本实验的研究对象是谁？验证的是哪个过程中的动量守恒？实验原理如何？ 问题2：本实验的主要体现的实验思想方法是什么？ 问题3：本实验的误差来源主要有哪些？ 问题4：本实验操作中主要应注意的事项有哪些？ 问题5：本实验需要的主要器材有哪些？,验证动量守恒实验装置图,基本实验要求,1.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，算出碰撞前 的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否 相等. 2.实验器材 斜槽、小球(两个)、 、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线. 3.实验步骤

2、 (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1甲所示安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽底端水平. (3)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)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小球所有的落点都圈在里面.圆心P就是小球落点的 平均位置.,图1,(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.如图乙所示.,(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的

3、长度.将测量数据填入表中.最后代入 ，看在误差允许的范围内是否成立. (7)整理好实验器材，放回原处. (8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒.,规律方法总结,1.数据处理 验证表达式： 2.注意事项 (1)斜槽末端的切线必须 ； (2)入射小球每次都必须从斜槽 高度由 释放； (3)选质量较 的小球作为入射小球； (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变.,例1(2018山东省泰安市上学期期末)如图2，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. (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

4、仅测量 _(填选项前的序号)，间接地解决这个问题. A.小球开始释放的高度h B.小球抛出点距地面的高度H C.小球做平抛运动的水平位移,图2,命题点一教材原型实验,(2)用天平测量两个小球的质量m1、m2.图中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m1多次从斜轨上S位置静止释放；然后把被 碰小球m2静止于轨道水平部分的右侧末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置 静止释放，与小球m2相撞，并重复多次，分别找到小球的平均落点M、P、N， 并测量出平均水平位移OM、OP、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

5、 还应该满足的表达式为_ _用(2)中测量的量表示.,解析根据平抛运动规律可知，落地高度相同，,而动量守恒的表达式是：m1v0m1v1m2v2 若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式m1OPm1OMm2ON即可；,即满足关系式：m1OP2m1OM2m2ON2.,变式1(2018陕西省榆林市第三次模拟)“验证动量守恒定律”的实验装置 如图3所示，回答下列问题： (1)实验装置中应保持斜槽末端_.,图3,解析要保证每次小球都做平抛运动，则斜槽末端必须切线水平；,(2)每次小球下滑要从_处由静止释放.,解析每次小球下滑要从同一高度处由静止释放，从而保证平抛运动的初速 度相同；,(3)入射小球的质

6、量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是_.,mAmB,解析为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：mAmB；,(4)在图中，小球的水平射程的数值分别用OP、OM和ON表示.小球半径均为r.因此只需验证_ _.,解析小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，小球的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒，则：mAvAmAvAmBvB，两边同时乘以时间t得：mAvAtmAvAtmBvBt，即：mAOPmAOMmB(ON2r).,mAOP,mAOMmB(ON2r),变式3：为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞 是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相 等

7、的小球，按下述步骤做了如下实验： 用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1m2)。 按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。 先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。 将小球m2放在斜槽末端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。,1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、

8、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等. 2.实验方法 (1)测质量：用天平测出两滑块的质量. (2)安装：按图4安装并调好实验装置. (3)实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：改变滑块的质量；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.,命题点二实验方案创新,创新方案1利用气垫导轨,图4,例2(2018安徽省安庆市二模)某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验.实验装置如图5所示，下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平 测得A和B两滑块上

9、遮光片的宽度均为d 得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2 向气垫导轨通入压缩空气,图5,利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2 观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t,试解答下列问题： (1)碰撞前A滑块的速度大小为_，碰撞前B滑块的速度大小为_.,(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：_(用题中物理量表示).,(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能.请用上述实验过程测出的相关物理量，表示

10、出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E _.,1.实验器材：小球两个(大小相同，质量不同)、悬线、天平、量角器等. 2.实验方法 (1)测质量：用天平测出两小球的质量. (2)安装：如图6所示，把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来. (3)实验：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两小 球相碰. (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.,图6,创新方案2利用等长的悬线悬挂等大的小球,例3如图7所示是用来验证动量守恒的实验装置，

11、弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边缘有一竖直立柱.实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高.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,图7,碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为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_.,弹性球1、2的质量m1、m2,立柱高h,桌面离水平地面的高度H,解析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

12、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，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和桌面离水平地面的高度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m2和立柱高h、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化.,(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),例4(2018山东省日照市二模)为了“验证动量守恒定律”.图8甲所示的气垫导轨上放着两个滑块，滑块A的质量为500 g，滑块B的质量为200 g.每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器的频率均为50

13、 Hz.调节设备使气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两个滑块以不同的速度相向运动，碰撞后粘在一起继续运动.图乙为纸带上选取的计数点，每两个计数点之间还有四个点没有画出.,图8,创新方案3利用水平气垫导轨上两滑块碰撞,(1)判断气垫导轨是否处于水平，下列措施可行的是_(填字母代号). A.将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止 B.让两个滑块相向运动，看是否在轨道的中点位置碰撞 C.给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动 D.测量气垫导轨的两个支架是否一样高,AC,解析判断气垫导轨是否处于水平的措施是：将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止；或者给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动，故选项A、C正确，选项B、D错误.,(2)根据图乙提供的纸带，计算碰撞前两滑块的总动量大小p1_ kgm/s；碰撞后两滑块的总动量大小为p2_