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试验八验证动量守恒定律
授课提示:对应学生用书第121页
一、试验目的
1.会用试验装置测速度或用其他物理量表示物体的速度大小。
2.验证在系统不受外力的作用下,系统内物体相互作用时总动量守恒。
二、试验原理与要求
[基本试验要求]
1.试验原理
在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前、后物体的速度,算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后的动量在误差允许范围内是否相等。
2.试验器材
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺、重垂线等。
3.试验步骤
(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)依据试验原理图甲安装试验装置。调整、固定斜槽使斜槽末端水平。
(3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好,登记重垂线所指的位置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全部的落点都圈在里面。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,重复试验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。照试验原理图乙所示。
(6)测量线段OP、OM、ON的长度,将测量数据填入表中,最终代入m1·eq\x\to(OP)=m1·eq\x\to(OM)+m2·eq\x\to(ON),看在误差允许的范围内是否成立。
(7)整理好试验器材放回原处。
(8)试验结论:在试验误差允许范围内,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:m1·eq\x\to(OP)=m1·eq\x\to(OM)+m2·eq\x\to(ON)。
2.留意事项
(1)斜槽末端的切线必需水平。
(2)入射小球每次都必需从斜槽同一高度由静止释放。
(3)选质量较大的小球作为入射小球。
(4)试验过程中试验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
3.误差分析
(1)系统误差
①斜槽末端不水平。
②入射小球与被碰小球是否为一维正碰。
(2)偶然误差
①主要来源于质量和速度的测量及入射小球不从同一高度由静止释放。
②小球落点的确定。
授课提示:对应学生用书第122页
命题点一教材原型试验
试验原理与操作
[典例1]用如图所示的装置可以验证动量守恒定律。
(1)试验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1________m2。(选填“大于”“等于”或“小于”)
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。试验时,先让入射小球m1多次从斜轨上S位置由静止释放,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,再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放,与小球m2相碰,并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的字母)
A.用天平测量两个小球的质量m1、m2
B.测量小球m1起先释放的高度h
C.测量抛出点距地面的高度H
D.分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E.测量平抛射程OM、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]。
[解析](1)为防止碰撞后入射小球反弹,试验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。
(2)假如碰撞过程系统动量守恒,以水平向右为正方向,由动量守恒定律得m1v1=m1v2+m2v3,小球离开轨道后做平抛运动,它们抛出点的高度相等,在空中的运动时间t相等,上式两边同时乘以t得m1v1t=m1v2t+m2v3t,得m1·OP=m1·OM+m2·ON,所以试验须要测量:两球的质量、两球落点的水平位移,故选A、D、E。
(3)由(2)可知,试验须要验证的表达式为:
m1OP=m1OM+m2ON。
[答案](1)大于(2)ADE
(3)m1·OP=m1·OM+m2·ON
规律总结试验中的“两保证、三留意”
———————————————————————
(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
(2)斜槽小球碰撞三留意:①入射小球每次都必需从斜槽同一高度由静止释放;②选质量较大的小球作为入射小球;③试验过程中试验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
试验数据处理与分析
[典例2]如图甲所示,用“碰撞试验器”可以验证动量守恒定律,即探讨两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
(1)经测定,m1=45.0g,m2=7.5g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1′,则p1∶p
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