1、共19 页,1,第二讲 实验:研究碰撞中的不变量(验证动量守恒定律),共19 页,2,一实验目的 探究一维碰撞中的一些量,如:mvmv2v/m等,在碰撞前后哪一个量是守恒不变的. 二实验原理 (1)获得一维碰撞的方案 利用气垫导轨实现两滑块发生一维碰撞. 利用等长悬线悬挂的等大的小球实现两球发生一维碰撞. 利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞.,共19 页,3,(2)数据采集方案 质量的测量:用天平测量. 速度的测量: a.滑块速度的测量: ,式中x为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间. b.摆球速度的测量: ,式
2、中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量. c.小车速度的测量: ,式中x是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,t为小车经过x的时间,可由打点间隔算出.,共19 页,4,三实验器材: 方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥. 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. 四实验步骤 不论采用哪种方案,实验过程均可按实验方案合理安排,参考步骤如下: (1)用天平测相关质量. (2)安装实验装置. (3)使物体发生碰撞. (4
3、)测量或读出相关物理量,计算有关速度,记入表中(见下表). (5)改变碰撞条件,重复步骤(3)、(4). (6)进行数据处理,通过分析比较,找出碰撞中的守恒量. (7)整理器材,结束实验,共19 页,5,共19 页,6,考题精练 1.在研究“碰撞中的动量守恒”实验中,设入射球被碰球的质量分别为m1m2,它们的半径分别为r1r2,为了减小实验误差,下列说法正确的是( ) A. m1=m2,r1r2 B. m1m2,r1=r2 C.降低碰撞实验器的高度 D.入射小球释放点要适当高一点 答案:BD,共19 页,7,2.在“碰撞中的动量守恒”实验中,入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放,这是
4、为了使( ) A.小球每次都能水平飞出槽口 B.小球每次都以相同的速度飞出槽口 C.小球在空中飞行的时间不变 D.小球每次都能对心碰撞 解析:小球每次滚下都应从同一位置无初速释放,各力做功情况相同,小球在斜槽末端速度相同. 答案:B,共19 页,8,3.在“碰撞中的动量守恒”实验中,需用的测量仪器(或工具)有( ) A.秒表 B.天平 C.刻度尺 D.游标卡尺 答案:BC,共19 页,9,4.某同学利用计算机模拟AB两球碰撞来验证动量守恒,已知AB两球质量之比为2:3,用A球作入射球,初速度为v1=1.2 m/s,让A球与静止的B球相碰,若规定以v1的方向为正,则该同学记录碰后的数据中,肯定不
5、合理的是( ),共19 页,10,5.把两个大小相同质量不等的金属球用细线连接,中间夹一被压缩了的轻弹簧,置于光滑的水平桌面上,如图所示.烧断细线,观察两球的运动情况,进行必要的测量,验证物体间相互作用时动量守恒: (1)实验器材除了两个金属球轻弹簧 细线重垂线白纸复写纸外,还要有: _. (2)需要直接测量的数据是:_. (3)用所得数据验证动量守恒定律的关系式是:_.,天平刻度尺,两球的质量m1m2和平抛运动的水平位移x1x2.,m1x1=m2x2,共19 页,11,典例剖析 考点 对实验方案的理解 【例】 某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中的不变量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮
6、泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的具体装置如图所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.,共19 页,12,(1)若已得到打点纸带如图所示,并测得各计数点间距(标在图上),调整“长板”和“小木片”如图.A为运动起始的第一点,则应选_段来计算小车A的碰前速度.应选_段来计算A和B碰后的共同速度.(以上两格填“AB”“BC”或“CD”或“DE”). (2)已测得小车 A的质量m1=0.40 kg, 小车B的质量m2=0.20 kg. 由以上测量结果可得:碰前mAv0=_kgm/s
7、; 碰后(mA+mB)v共=_kgm/s. 由此得出结论_.,DE,BC,0.420,0.417,碰撞中mv的矢量和是守恒的量,共19 页,13,解析 (1)从分析纸带上打点情况看,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BC段计算A的碰前速度,从CD段打点情况看,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DE段计算碰后A和B的共同速度. (2)小车A在碰撞前的速度 小车A在碰撞前的动量:mAv0=0.40 kg1.050 m/s=0.420 kg5m/s 碰撞后AB的共同速度v共 小车A、B碰撞后的总动量: (mA
8、+mB)v共=(0.20+0.40) kg0.695 m/s=0.417 kgm/s 所以在误差许可的范围内可证明碰撞中mv的矢量和是守恒的量,共19 页,14,变式训练: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验证动量守恒定律,实验装 置如图所示,采用的实验步骤如下: a.松开手的同时,记录滑块AB运动时 间的计时器开始工作,当AB滑块分别碰撞CD挡板时计时器结 束计时,记下AB分别到达CD的运动时间t1和t2. b.在AB间水平放入一个轻弹簧,用手压住
9、AB使弹簧压缩,放置 在气垫导轨上,并让它静止在某个位置. c.给导轨送气,调整气垫导轨,使导轨处于水平. d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1;B的右端至D板的距离L2.,共19 页,15,(1)实验步骤的顺序是_ (2)实验中还需要的测量仪器是_还需要测量的物理量是_ (3)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是_. (4)实验中弹簧与AB滑块是粘连好还是不粘连好?_. 理由是_.,cbda,天平,AB两滑块的质量M1、M2,M1L1/t1=M2L2/t2,不粘连好,可以避免因漏记弹簧的动量而带来较大的实验误差,共19 页,16,考技精讲 一注意事项 1.碰撞有很多情形,我
10、们寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变,才符合要求. 2.保证两物体发生的是一维碰撞,即两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动. 3.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. 4.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.,共19 页,17,二误差分析 1.碰撞是否为一维碰撞,是产生误差的一个原因,设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞. 2.是否满足动量守恒的条件是带来误差的又一个原因,实验中要合理控制实验条件,尽量使实验中两物体的碰撞过程本身满足动量守恒的条件. 三对采用多种
11、碰撞情形的实验的理解 探究碰撞中的物理规律,应具有普遍性,如果碰撞情形单一,得出的结论可能是数据的巧合,也可能只适用于一种碰撞情形,比如mv2这个量在有些情形中也是守恒的,但在另外一些情形中就不守恒了.,共19 页,18,考向 如下图(a)所示是做“验证动量守恒定律”实验的示意图.(1)在该实验中,应选用的器材是下列器材中的_. A.天平 B.游标卡尺 C.刻度尺 D.大小相同质量不等的钢球两个 E.大小相同的钢球和硬橡胶球各一个 答案:ACD (2)某同学根据该实验的方法和原理来测量两个小球的质量关系,经相同的操作过程,他测得小球的平均落地点到O点的距离如图(b)所示,则入射小球A和被碰小球B的质量之比为 mA:mB=_.,4:1,共19 页,19,解析:(1)因入射球和被碰球均从一同点做平抛运动,无需测小球直径,不选游标卡尺,实验时所用小球为大小相等质量不同的钢球两个,所以不选E. (2)由动量守恒得:mAv0=mAvA+mBvB, 因为入射球和被碰球均从同一点做平抛运动,所以可以用水平位移代替速度. 则mAOP=mAOM+mBON. 所以,
