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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,试验七验证动量守恒定律,1/33,方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞试验(如图1所表示),图,1,2/33,1.,测质量：,用,测出滑块质量。,2.,安装：,正确安装好气垫导轨。,3.,试验：,接通电源，利用配套光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后,(,改变滑块质量。,改变滑块初速度大小和方向,),。,4.,验证：,一维碰撞中动量守恒。,天平,速度,3/33,方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞试验(如图2所表示),图,2,4/33,1.,测质量：,用天平测出两小球质量,m,1,、,m,2,。,2.,安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。,3,.,试验：,一个小球,，拉起另一个小球，放下后它们,。,4,.,测速度：,能够测量小球被拉起角度，从而算出碰撞前对应小球速度，测量碰撞后小球摆起角度，算出碰撞后对应小球,。,5,.,改变条件：,改变碰撞条件，重复试验。,6,.,验证：,一维碰撞中动量守恒。,静止,相碰,速度,5/33,方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞试验(如图3所表示),图,3,6/33,1.,测质量：,用天平测出两小车,。,2,.,安装：,将打点计时器固定在光滑长木板一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车后面，在两小车碰撞端分别装上,和橡皮泥。,3,.,试验：,接通,，让小车,A,运动，小车,B,静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成整体运动。,4,.,测速度：,经过纸带上两计数点间,及时间由,v,算出速度。,5,.,改变条件：,改变碰撞条件，重复试验。,6,.,验证：,一维碰撞中动量守恒。,质量,撞针,电源,距离,7/33,方案四：利用斜槽上滚下小球验证动量守恒定律(如图4所表示),图,4,8/33,1.,测质量：,用天平测出两小球质量，并选定质量大小球为入射小球。,2,.,安装：,按照图,4,所表示安装试验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。,3,.,铺纸：,白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指位置,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。用圆规画尽可能小圆把全部小球落点圈在里面。圆心,P,就是小球落点平均位置。,9/33,5,.,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自由滚下，使它们发生碰撞，重复试验,10,次。用步骤,4,方法，标出碰后入射小球落点平均位置,M,和被撞小球落点平均位置,N,。如图,5,所表示。,6.,验证：,连接,ON,，测量线段,OP,、,OM,、,ON,长度。将测量数据填入表中，最终代入,m,1,OP,m,1,OM,m,2,ON,，看在误差允许范围内是否成立。,图,5,10/33,误差分析,(1),系统误差：主要起源于装置本身是否符合要求。,碰撞是否为一维碰撞。,试验是否满足动量守恒条件，如气垫导轨是否水平等。,(2),偶然误差：主要起源于质量,m,和速度,v,测量。,11/33,注意事项,(1),碰撞两物体应确保,“,水平,”,和,“,正碰,”,。,(2),若利用气垫导轨进行试验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。,(3),若利用摆球进行试验，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平面内。,(4),若利用长木板进行试验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。,(5),若利用斜槽进行试验，入射球质量,m,1,要大于被碰球质量,m,2,，即,m,1,m,2,，预防碰后,m,1,被反弹，且两球半径,r,1,r,2,r,。,12/33,热点一教材原型试验,【例,1,】,某同学用如图,6,甲所表示装置来验证动量守恒定律，试验时先让小球,a,从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上统计纸上留下痕迹，重复,10,次；然后再把小球,b,静置在斜槽轨道末端，让小球,a,仍从原固定点由静止开始滚下，和小球,b,相碰后，两球分别落在统计纸不一样位置处，重复,10,次。回答以下问题：,图,6,13/33,14/33,答案(1)保持水平(2)(3),A,C,(4)B,解析,(1),小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装试验器材时斜槽末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动。,(2),为预防在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球,a,质量,m,a,应该大于被碰小球,b,质量,m,b,。为确保两个小球碰撞是对心碰撞，两个小球半径应相等。,(3),由题图甲所表示装置可知，小球,a,和小球,b,相碰后，依据动量守恒和能量守恒可知小球,b,速度大于小球,a,速度。由此可判断碰后小球,a,、,b,落点位置分别为,A,、,C,点。,15/33,【变式训练1】某同学设计了一个用打点计时器,“,探究碰撞中不变量”试验，在小车,A,前端粘有橡皮泥，设法使小车,A,做匀速直线运动，然后与原来静止小车,B,相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图7所表示。在小车,A,后面连着纸带，电磁打点计时器频率为50 Hz。,图,7,16/33,(1),若已得到打点纸带如图,8,所表示，并测得各计数点间距离。则应选图中,_,段来计算,A,碰前速度，应选,_,段来计算,A,和,B,碰后速度。,(2),已测得小车,A,质量,m,A,0.40 kg,，小车,B,质量,m,B,0.20 kg,，则由以上结果可得碰前,m,A,v,A,m,B,v,B,_kgm/s,，碰后,m,A,v,A,m,B,v,B,_kgm/s,。,(3),从试验数据处理结果来看，,A,、,B,碰撞过程中，可能哪个物理量是不变？,_,。,图,8,17/33,解析,(1),因为小车,A,与,B,碰撞前、后都做匀速运动，且碰后,A,与,B,黏在一起，其共同速度比,A,原来速度小。所以，应选点迹分布均匀且点距较大,BC,段计算,A,碰前速度，选点迹分布均匀且点距较小,DE,段计算,A,和,B,碰后速度。,(2),由题图可知，碰前,A,速度和碰后,A,、,B,共同速度分别为：,故碰撞前：,m,A,v,A,m,B,v,B,0.401.05 kgm/s,0.200 kgm/s,0.420 kgm/s,。,碰撞后：,m,A,v,A,m,B,v,B,(,m,A,m,B,),v,A,(0.400.20),0.695 kgm/s,0.417 kgm/s。,(3),数据处理表明，,m,A,v,A,m,B,v,B,m,A,v,A,m,B,v,B,，即在试验误差允许范围内，,A,、,B,碰撞前后总物理量,mv,是不变。,答案,(1),BC,DE,(2)0.420,0.417,(3),mv,18/33,【例2】如图,9,是用来验证动量守恒试验装置，弹性球1用细线悬挂于,O,点，,O,点下方桌子边缘有一竖直立柱。试验时，调整悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上球2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,C,点。测出相关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出,A,点离水平桌面距离为,a,、,B,点离水平桌面距离为,b,，,C,点与桌子边缘间水平距离为,c,。此处，,(1),还需要测量量是,_,、,_,和,_,。,(2),依据测量数据，该试验中动量守恒表示式为,_,。,(,忽略小球大小,),图,9,19/33,解析,(1),要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后动量改变，依据弹性球,1,碰撞前后高度,a,和,b,，由机械能守恒能够求出碰撞前后速度，故只要再测量弹性球,1,质量,m,1,，就能求出弹性球,1,动量改变；依据平抛运动规律只要测出立柱高,h,和桌面高,H,就能够求出弹性球,2,碰撞前后速度改变，故只要测量弹性球,2,质量和立柱高,h,、桌面高,H,就能求出弹性球,2,动量改变。,(2),依据(1)解析能够写出动量守恒方程,20/33,【变式训练2】某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律试验。气垫导轨装置如图,10(a),所表示，所用气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨两个工作面上均匀分布着一定数量小孔，向导轨空腔内不停通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这么就大大减小了因滑块和导轨之间摩擦而引发误差。,图,10,21/33,(1),下面是试验主要步骤：,安装好气垫导轨，调整气垫导轨调整旋钮，使导轨水平；,向气垫导轨通入压缩空气；,把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块,1,左端，调整打点计时器高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带一直在水平方向；,使滑块,1,挤压导轨左端弹射架上橡皮绳；,把滑块,2,放在气垫导轨中间；,先,_,，然后,_,，让滑块带动纸带一起运动；,取下纸带，重复步骤,，选出理想纸带如图,(b),所表示；,22/33,测得滑块,1,质量为,310 g,，滑块,2(,包含橡皮泥,),质量为,205 g,。,完善试验步骤,内容。,(2),已知打点计时器每隔,0.02 s,打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统总动量为,_kgm/s,；两滑块相互作用以后系统总动量为,_kgm/s,。,(,结果均保留,3,位有效数字,),(3),试说明,(2),中两结果不完全相等主要原因是,_,_,。,23/33,解析,(1),使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器电源，后释放滑块,1,。,(3),结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力作用。,答案,(1),接通打点计时器电源释放滑块,1,(2)0.620,0.618,(3),纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力作用,24/33,A.,悬挂两球线长度要适当，且等长,B.,由静止释放小球方便较准确地计算小球碰前速度,C.,两小球必须都是刚性球，且质量相同,D.,两小球碰后能够粘合在一起共同运动,1.,(,多项选择,),如图,11,在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律试验中，以下说法正确是,(,),图,11,25/33,答案ABD,26/33,2.(,湖南三湘大联考,),气垫导轨是惯用一个试验仪器。它是利用气泵使带孔导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在水平导轨上，滑块在导轨上运动可视为没有摩擦。我们能够用带竖直挡板,C,和,D,气垫导轨以及滑块,A,和,B,来验证动量守恒定律，试验装置如图,12,所表示,(,弹簧长度忽略不计,),，试验步骤以下：,图,12,27/33,a.,用天平分别测出滑块,A,、,B,质量,m,A,、,m,B,。,b.,调整气垫导轨，使导轨处于水平状态。,c.,在,A,和,B,之间放入一个被压缩轻弹簧，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,左端到,C,距离,L,1,。,e.,按下电钮，放开卡销，同时使分别统计滑块,A,、,B,运动时间计时器开始工作。当滑块,A,、,B,分别碰撞挡板,C,、,D,时停顿计时，记下滑块,A,抵达挡板,C,和滑块,B,抵达挡板,D,运动时间,t,1,和,t,2,。,28/33,(1),试验中还应测量物理量是,_,。,(2),利用上述测量试验数据，可得出验证动量守恒定律表示式是,_,。,(3),上式中算得滑块,A,、,B,动量大小并不完全相等，产生误差原因可能是,_,_,。,(,最少写出两点,),29/33,(3),产生误差原因可能是测量,m,A,、,m,B,、,L,1,、,L,2,、,t,1,、,t,2,时带来误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦。,30/33,3.,某同学用如图,13,所表示装置经过半径相同,A,、,B,两球碰撞来探究碰撞过程中不变量，图中,PQ,是斜槽，,QR,为水平槽，试验时先使,A,球从斜槽上某一固定位置,G,由静止开始滚下，落到位于水平地面统计纸上，留下痕迹。重复上述操作,10,次，得到,10,个落点痕迹。再把,B,球放在水平槽上靠近槽末端地方，让,A,球仍从位置,G,由静止开始滚下，和,B,球碰撞后，,A,、,B,球分别在统计纸上留下各自落点痕迹。重复这种操作,10,次。图中,O,点是水平槽末端,R,在统计纸上垂直投影点。,图,13,31/33,(1),安装器材时要注意：固定在桌边上斜槽末端切线要沿,_,方向。,(2),某次试验中，得出小球落点情况如图,14,所表示,(,单位是,cm),，,P,、,M,、,N,分别是入射小球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落点平均位置,(,把落点圈在内最小圆圆心,),，则入射小球和被碰小球质量之比为,m,1,m,2,_,。,图,14,32/33,代入数据可解得,m,1,m,2,4,1,。,答案,(1),水平,(2)4,1,解析,(1),为确保小球滚落后做平抛运动，斜槽末端切线要沿水平方向。,(2),由碰撞过程中,mv,乘积总量守恒可知,33/33,
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