实验十五探究碰撞中的不变量.ppt

* 实验十五 探究碰撞中的不变量 【实验目的】 1.验证一维碰撞中的动量守恒. 2.探究一维弹性碰撞的特点. 要点归纳 【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. 【实验步骤】 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 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. 【实验器材】 方案一: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. 方案二:带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等. 方案三:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥. 方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 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. 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. 方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 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,把纸带穿过打点时计器,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. 4.测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v= 算出速度. 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 【误差分析】 1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求:即: （1）碰撞是否为一维碰撞. （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,长木板实验是否平衡掉摩擦力. 2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量. 3.改进措施（1）设计方案时应保证碰撞为一维碰撞,且尽量满足动量守恒的条件. （2）采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差. 【注意事项】 1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”. 2.方案提醒:（1）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. （2）若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内. （3）若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力. 3.探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变. 【例1】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的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图13所示,采用的实验步骤如下: 典例剖析 图1 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,用电动卡销锁定,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.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块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挡板时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2. （1）实验中还应测量的物理量及其符号是 . （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,产生误差的原因有 (至少答出两点). 解析 A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后,在气垫导轨上运动时可视为匀速运动,因此只要测出A与C的距离L1,B与D的距离L2及A到C,B到D的时间t1和t2.测出两滑块的质量,就可以用 验证动量是否守恒. （1）实验中还应测量的物理量为B的右端与D的距离,符号为L2. （2）验证动量守恒定律的表达式是 , 产生误差的原因:①L1、L2、mA、mB的数据测量误差.②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程.③滑块并不是标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力. 答案（1）B的右端到D的距离 L2 （2） 原因见解析 【例2】碰撞的恢复系数的定义为e=