1、实验探究十一 验证动量守恒定律,1实验目的 验证动量守恒定律 2实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒 3实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等,方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥 方案四：斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等 4实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图1所示),图1,
2、(1)测质量：用天平测出滑块质量 (2)安装：正确安装好气垫导轨 (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(改变滑块的质量改变滑块的初速度大小和方向) (4)验证：一维碰撞中的动量守恒 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成 一维碰撞实验(如图2所示) (1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、 m2. (2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂 起来,图2,(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰 (4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度 (5)改变条件：改变碰撞
3、条件，重复实验 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图3所示),图3,(1)测质量：用天平测出两小车的质量 (2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 (3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动,(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒,方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图4所示),图4,(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
4、照图4所示安装实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所有的小球落点圈在里面圆心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5所示,图5,(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m1OPm1OMm2ON，看在误差允许
5、的范围内是否成立 (7)结束：整理好实验器材放回原处,5数据处理 (1)速度的测量,(2)验证的表达式 方案一、二、三：m1v1m2v2m1v1m2v2. 方案四：m1OPm1OMm2ON 6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 若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平 若利用摆球进行实验，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面内,若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力 若利用斜槽小球碰撞应注意： a斜槽末端的切线必须水平； b入射小球每次都必须从斜槽同
6、一高度由静止释放； c选质量较大的小球作为入射小球； d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 (3)探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变.,热点一 实验原理与操作 【典例1】 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6甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差,图6,(1)下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使
7、导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气；,把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向； 使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 把滑块2放在气垫导轨的中间； 先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动； 取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图乙所示； 测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤的内容,(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_kgm/s；两滑块相互作用以后质量
8、与速度的乘积之和为_kgm/s(保留三位有效数字) (3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是_.,答案 (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1 (2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦,【跟踪短训】 1气垫导轨是常用的一种实验仪器，它 是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间 形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑 块在导轨上的运动可视为没有摩擦我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图7所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下： a用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB； b调整气垫导轨，使导轨处于水平状态； c在A和B间放
9、入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上；,图7,d用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1； e按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2. (1)实验中还应测量的物理量是_. (2)利用上述测量的物理量，验证动量守恒定律的表达式是_ (3)利用上述物理量写出被压缩弹簧的弹性势能大小的表达式为_,热点二 实验数据处理 【典例2】 如图8，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系,图8,(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是
10、不容易的，但是，可以通过仅测量_(填选项前的符号)，间接地解决这个问题 A小球开始释放高度h B小球抛出点距地面的高度H C小球做平抛运动的射程 (2)图8中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，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，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复,接下来要完成的必要步骤是_(填选项前的符号) A用天平测量两个小球的质量m1、m2 B测量小球m1开始释放高度h C测量抛出点距地面的高度H D分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E测量平抛射程
11、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) (4)经测定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图9所示碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1，则p1p1_11；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p1p211_,图9,(2)本实验要验证的是m1OMm2ONm1OP，因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程OM和ON，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的高度H.故应完成的步骤是ADE.,答案 (1)C (2)ADE (3)m1OMm2ONm1
12、OP (4)14 2.9 1.01,【跟踪短训】 2某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动他设计的装置如图10甲所示在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力,图10,(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)A为运动的起点，则应选_段来计算A碰前的速度应选_段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”),(2)已测得小车A的质量m10.4 kg，小车B的质量为m20.2 kg，则碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s. 解析 (1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度,答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417,
