2024-2025年高一物理人教版选择性必修一同步精品讲义1.4 实验：验证动量守恒定律（解析版）1.docx

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1.4实验：验证动量守恒定律

学习目标：1．能根据实验器材和实验要求设计出实验方案；

2．根据设计出的实验方案，通过实验验证一维碰撞情况下系统的动量守恒。

一、实验原理

设两个物体的质量分别为m1、m2的两个物体在同一直线上运动并发生碰撞，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，若系统所受合外力为零，则系统的动量守恒，则m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。

二、实验方案设计

方案1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

实验装置如下图。

1．器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（带挡光板、两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。

2．所需测量量

（1）质量：用天平测量。

（2）速度：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块上挡光片的宽度，Δt为光电计时器显示的挡光片经过光电门的时间。

3．碰撞情景的实现：如上面实验装置图所示，利用滑块上装弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，达到碰撞后弹开或粘在一起的效果。利用在滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。

4．实验步骤

（1）用天平测出相关质量。

（2）安装实验装置。

（3）使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度，填入预先设计好的表格。

（4）改变碰撞条件，重复实验。

（5）通过对数据的分析处理，验证碰撞过程动量是否守恒。

（6）整理器材，结束实验。

5．注意事项

（1）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑磨。

（2）调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。

INCLUDEPICTUREG:\\2021\\同步\\物理\\物理人教选择性必修第一册（苏京）\\全书完整的Word版文档\\例1.TIF【题1】某同学利用气垫导轨做“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、光电门等组成。

（1）下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通数字计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧（未画出）的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；

⑧测出挡光板的宽度d＝5mm，测得滑块1的质量为m1＝300g，滑块2（包括弹簧）的质量为m2＝200g。

（2）数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

A．________________________________________________________________________；

B．________________________________________________________________________。

②碰撞前滑块1的速度v1为__________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为__________m/s；碰撞后滑块2的速度v3为__________m/s；（结果均保留两位有效数字）

③碰撞前系统的总动量为m1v1＝________。

碰撞后系统的总动量为m1v2＋m2v3＝________。

由此可得实验结论：___________________________________________________________。

【答案】见解析

【解析】（2）①A．大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。

B．保证两个滑块的碰撞是一维的。

②滑块1碰撞之前的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－3,10.01×10－3)m/s≈0.50m/s；

滑块1碰撞之后的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(5×10－3,49.99×10－3)m/s≈0.10m/s；

滑块2碰撞之后的速度v3＝eq\f(d,Δt3)＝eq\f(5×10－3,8.35×10－3)m/s≈0.60m/s；

③系统碰撞之前m1v1＝0.15kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15kg·m/s。

通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒。

【题2】某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验。气垫导轨装置如图