實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動量守恒定律

實(shí)驗(yàn)十四驗(yàn)證動量守恒定律當(dāng)前第1頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)實(shí)驗(yàn)分析與導(dǎo)引一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹框?yàn)證一維碰撞中的動量守恒．當(dāng)前第2頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【實(shí)驗(yàn)原理】在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動量是否守恒．當(dāng)前第3頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【實(shí)驗(yàn)器材】方案一：氣墊導(dǎo)軌，滑塊，天平，彈性圈，粘扣，擋光片，光電門，物理實(shí)驗(yàn)微機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)．方案二：重垂線一條，大小相等、質(zhì)量不同的小球兩個，斜槽，白紙，復(fù)寫紙，刻度尺，天平一臺，圓規(guī)一個．當(dāng)前第4頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【實(shí)驗(yàn)步驟】方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1．測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量．2．安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌．(如圖12－2－1所示)當(dāng)前第5頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)圖12－2－1當(dāng)前第6頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)3．實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小和方向)．4．驗(yàn)證：一維碰撞中的動量守恒．方案二：利用斜槽完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1．先用天平測出小球質(zhì)量m1、m2.當(dāng)前第7頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)2．按如圖12－2－2所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端切線水平．當(dāng)前第8頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)圖12－2－2當(dāng)前第9頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)3．在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙，在白紙上記下重垂線所指的位置O.4．先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上某一高度處滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射球不碰時的落地點(diǎn)P.當(dāng)前第10頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)5．把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù)10次，依照步驟4求出入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N.過O、N在紙上作一直線．當(dāng)前第11頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)圖12－2－3當(dāng)前第13頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)三、注意事項(xiàng)1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”．2．若利用“氣墊導(dǎo)軌”完成實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平．當(dāng)前第16頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)若用“斜槽”完成實(shí)驗(yàn)，斜槽末端的切線必須水平，入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放．當(dāng)前第17頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)四、誤差分析1．系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否為一維碰撞．(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大．當(dāng)前第18頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)2．偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量．3．改進(jìn)措施：(1)設(shè)計(jì)方案時應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件．(2)采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差．當(dāng)前第19頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)一、基本實(shí)驗(yàn)原理及操作如圖12－2－4所示為“驗(yàn)證動量守恒定律”實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．圖12－2－4典例透析與示范例1當(dāng)前第20頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)(1)入射小球1與被碰小球2直徑相同，它們的質(zhì)量相比較，應(yīng)是m1________m2.(2)為了保證小球做平拋運(yùn)動，必須調(diào)整斜槽使________．(3)實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．在地面上依次鋪白紙和復(fù)寫紙．當(dāng)前第21頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)B．確定重錘對應(yīng)點(diǎn)O.C．不放球2，讓球1從槽M點(diǎn)滾下，確定它的落地點(diǎn)P.D．把球2放在立柱上，讓球1從斜槽M點(diǎn)滾下，與球2正碰后，確定它們落地位置L1、L2.E．量出OL1、OP、OL2的長度．當(dāng)前第22頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第23頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【答案】

(1)>

(2)斜槽末端切線水平(3)見解析【規(guī)律總結(jié)】掌握該實(shí)驗(yàn)的操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)是解決問題的關(guān)鍵．當(dāng)前第26頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理例2氣墊導(dǎo)軌(如圖12－2－5甲)工作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動時的阻力．為了驗(yàn)證動量守恒定律，在當(dāng)前第27頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶相連，兩個打點(diǎn)計(jì)時器所用電源的頻率均為b.氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個打點(diǎn)計(jì)時器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動．圖乙為某次當(dāng)前第28頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為________、________，兩滑塊的總動量大小為________；碰撞后兩當(dāng)前第29頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)滑塊的總動量大小為________．重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多做幾次．若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗(yàn)證．當(dāng)前第30頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)圖12－2－5當(dāng)前第31頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【解析】動量p＝mv，根據(jù)v＝s/(5t)可知兩滑塊碰前的速度分別為v1＝0.2s1b、v2＝0.2s3b，則碰前動量分別為0.2abs1和0.2abs3，總動量大小為av1－av2＝0.2ab(s1－s3)；碰撞后兩滑塊的總動量大小為2av＝2as2/(5t)＝0.4abs2.當(dāng)前第32頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【答案】

0.2abs3

0.2abs1

0.2ab(s1－s3)

0.4abs2(第1、2空答案可互換)【規(guī)律總結(jié)】本實(shí)驗(yàn)是另一種驗(yàn)證動量守恒的方法，數(shù)據(jù)記錄是借助紙帶，正確掌握利用紙帶求瞬時速度的方法是解題的前提．當(dāng)前第33頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用打點(diǎn)計(jì)時器驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運(yùn)動．然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動．他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖12當(dāng)前第34頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)－2－6甲所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時器電源頻率為50Hz，長木板右端下面墊放小木塊用以平衡摩擦力．當(dāng)前第35頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)圖12－2－6當(dāng)前第36頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)(1)若已知打出的紙帶如圖乙所示，并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距已標(biāo)在圖上．A為運(yùn)動起始的第一點(diǎn)，則應(yīng)選______段來計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選________段來計(jì)算A和B碰后的共同速度．(以上兩空選填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)當(dāng)前第37頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)(2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0.40kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前總動量______________kg·m/s.碰后總動量________kg·m/s.當(dāng)前第38頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)【解析】

(1)從分析紙帶上打點(diǎn)情況看，BC段既表示小車做勻速運(yùn)動，又表示小車有較大速度，因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運(yùn)動情況，應(yīng)選用BC段計(jì)算A的碰前速度．從CD段打點(diǎn)情況看，小車的運(yùn)動情況還沒穩(wěn)定，而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動穩(wěn)定，故應(yīng)選用DE段來計(jì)算碰后A和B的共同速度．當(dāng)前第39頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第40頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)＝0.695m/s，碰撞后A、B的總動量：p′＝(m1＋m2)v共＝(0.40＋0.20)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s.【答案】

(1)BC

DE(2)0.420

0.417當(dāng)前第41頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)知能優(yōu)化演練：3．(單選)A、B兩滑塊在一水平長直氣墊導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相機(jī)在t0＝0，t1＝Δt，t2＝2·Δt，t3＝3·Δt各時刻閃光四次，攝得如圖12－2－8所示照片，其中B像有重疊，mB＝mA，由此可判斷(

)A．碰前B靜止，碰撞發(fā)生在60cm處，t＝2.5ΔtB．碰前B靜止，碰撞發(fā)生在60cm處，t＝0.5ΔtC．碰后B靜止，碰撞發(fā)生在60cm處，t＝0.5ΔtD．碰后B靜止，碰撞發(fā)生在60cm處，t＝2.5Δt當(dāng)前第42頁\共有45頁\編于星期四\22點(diǎn)知能優(yōu)化演練：3．(單選)A、B兩滑塊在一水平長直氣墊導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相機(jī)在t0＝0，t1＝Δt，t2＝2·Δt，t3＝3·Δt各時刻閃光四次，攝得如圖12－2－8所示照片，其中B像有重疊，mB＝mA，由此可判斷(

)A．碰前B