第七章　第38课时　实验八：验证动量守恒定律.docxVIP

第38课时实验八：验证动量守恒定律

目标要求1.理解动量守恒定律成立的条件，会利用不同方案验证动量守恒定律。2.知道在不同实验方案中要测量的物理量，会进行数据处理及误差分析。

考点一实验技能储备

一、实验原理

在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1、v2，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p＝m1v1＋m2v2，比较碰撞前、后动量是否相等。

二、实验方案及实验过程

方案一：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

1.实验器材

气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。

2.实验过程

(1)测质量：用天平测出滑块的质量。

(2)安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。

(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。

(4)改变条件，重复实验：

①改变滑块的质量；

②改变滑块的初速度大小和方向。

(5)验证：一维碰撞中的动量守恒。

3.数据处理

(1)滑块速度的测量：v＝ΔxΔt，式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(

(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1＋m2v2。

方案二：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

1.实验器材

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等。

2.实验过程

(1)测质量：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)安装：按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。

(3)铺纸：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。

(4)放球找点：不放被撞小球，每次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的所有落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。

(5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度[同步骤(4)中的高度]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)验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，计算并判断在误差允许的范围内等式是否成立。

(7)整理：将实验器材放回原处。

3.数据处理

验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。

三、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验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平。

(2)若利用平抛运动规律进行验证：

①斜槽末端的切线必须水平；

②入射小球每次都必须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(2022·全国甲卷·23)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：

(1)调节导轨水平；

(2)测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为kg的滑块作为A；?

(3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等；

(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2；

(5)将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示；

1

2

3

4

5

t1/s

0.49

0.67

1.01

1.22

1.39

t2/s

0.15

0.21

0.33

0.40

0.46

k＝v

0.31

k2

0.33

0.33

0.33

(6)表中的k2＝(保留2位有效数字)；?

(7)v1v2的平均值为(保留2位有效数字

(8)理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由v1v2判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则v1v2的理论表达式为(用m1和m2表示)，本实验中其值为(保留2位有效数字)，若该值与(7)

答案(2)0.304(6)0.31(7)0.32

(8)v1v

解析(2)用质量较小的滑块碰撞质量较大的滑块，碰后运动方向相反，故A选质量为0.304kg的滑块。

(6)由于两段位移大小相等，根据表中的数据可得k2＝v1v

(7)v1

k＝0.31

(8)弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得m1