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1、实验十六验证动量守恒定律 1 验证一维碰撞中的动量守恒 2 探究一维弹性碰撞的特点 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p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v 1 m2v 2 看碰撞前后动量是否守恒 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 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 大小相等质量不同的小钢球两个 重垂线一条 白纸 复写纸 天平 刻度尺 圆规 三角板 方案一 利用气垫导轨
2、完成一维碰撞实验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 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 改变碰撞条件 重复实验 6 验证 一维碰
3、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 方案四 碰撞前后的速度测量是实验中误差的主要来源 若采用下列实验方法可避免速度的测量 如下图实验所示 将质量分别为m1和m2的两小球发生正碰 若碰前m1运动 m2静止 且m1 m2 根据动量守恒定律应有 m1v1 m1v 1 m2v 2 图1 1 前提条件 碰撞的两物体应保证 水平
4、和 正碰 2 方案提醒 1 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 2 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 3 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 4 若利用斜槽进行实验 入射球质量应大于被碰球质量 且入射球每次都必须从斜槽轨道同一位置由静止释放 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 1 系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求 即 1 碰撞是否为一维碰撞 2 实验是否满足动量守恒的条件 如气垫导轨是否水平 两球是否等大 长木板实验是否平衡掉摩擦
5、力 2 偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量 3 改进措施 1 设计方案时应保证碰撞为一维碰撞 且尽量满足动量守恒的条件 2 采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差 题型一对实验原理和实验方法的考查 例1 如图2所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图 1 若入射小球质量为m1 半径为r1 被碰小球质量为m2 半径为r2 则 A m1 m2 r1 r2B m1 m2 r1m2 r1 r2D m1 m2 r1 r2 2 为完成此实验 以下所提供的测量工具中必需的是 填下列对应的字母 A 直尺B 游标卡尺C 天平D 弹簧秤E 秒表 3 设入射小球的质量为m1 被碰小球的质量为m2 P为碰前入
6、射小球落点的平均位置 则关系式 用m1 m2及图中字母表示 成立 即表示碰撞中动量守恒 图2 题后反思本题比较全面地考查了此实验中的要点 如对斜槽轨道末端的要求 小球质量的要求 实验测量中的注意点等 对于验证碰撞中的动量守恒实验方法很多 如可用气垫导轨进行验证 还可以用平抛运动与圆周运动结合进行验证等 变式1 1某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验 在小车B的前端粘有橡皮泥 设法使小车A做匀速直线运动 然后与原来静止的小车B相碰并粘在一起 继续做匀速运动 设计如图3a所示 图3 在小车A的后面连着纸带 电磁打点计时器的频率为50Hz 长木板下垫着的小木板用以平衡摩擦力 1 若已得
7、到打点纸带如图3b所示 并测得各计数点间的距离 在图上标出A为运动起始的点 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 填AB BC CD DE 2 已测得小车A的质量m1 0 4kg 小车B的质量m2 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前总动量 kg m s碰后总动量 kg m s解析 1 因小车是匀速运动 纸带上应取打点均匀的一段来计算速度 碰前BC段点距相等 碰后DE段点距相等 故取BC段 DE段分别计算碰前A的速度和碰后A和B的共同速度 答案 1 BCDE 2 0 42 0 417或0 42 1 在 验证动量守恒定律 的实验中 入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位
8、置无初速释放 这是为了使 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 入射球每次滚下都应从斜槽上同一位置无初速释放 是为了使每次碰撞时动量保持不变 故B正确 答案 B 2 某同学用如下图所示装置来验证动量守恒定律 让质量为m1的小球从斜槽某处由静止开始滚下 与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生碰撞 图4 1 实验中必须要求的条件是 A 斜槽必须是光滑的B 斜槽末端的切线必须水平C m1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度D m1每次必须从同一高度处滚下 2 实验中必须测量的物理量是 A 小球的质量m1和m2B 小球起
9、始高度hC 小球半径R1和R2D 小球起飞的时间tE 桌面离地面的高度HF 小球飞出的水平距离x 解析 本题考查验证动量守恒定律实验的基本原理和实验方法 1 实验中为保证小球做平抛运动 斜槽末端必须水平 要使两球碰后均平抛 两球心必须在同一高度 要保证小球m1碰前速度不变 m1每次必须从同一高度滚下 斜槽没必要保证光滑 故B C D正确 2 必须测量两球质量m1 m2和小球平抛的水平距离 故选A F 答案 1 BCD 2 AF 3 在做 验证动量守恒定律 实验时 入射球a的质量为m1 被碰球b的质量为m2 小球的半径为r 各小球的落地点如图5所示 下列关于这个实验的说法正确的是 图5 答案 D
10、 4 在 验证动量守恒定律实验 中 下列关于小球落点的说法 正确的是 A 如果小球每次从同一点无初速度释放 重复几次的落点一定是重合的B 由于偶然因素的存在 重复操作时小球落点不重合是正常的 但落点应当比较密集 解析 虽然小球每次从同一点无初速度释放 但是由于在操作过程中的偶然因素的影响 不会每次都落到同一个点上 否则就没有必要重复10次了 因此 选项A是错误的 B是正确的 在实验中寻求落点 是利用半径尽可能小的圆把P1 P2 P3 P10圈住 这个圆的圆心是入射小球落点的平均位置P 因此 选项C是错误的 D是正确的 答案 BD 5 某同学用图6甲所示装置通过半径相同的A B两球的碰撞来验证动
11、量守恒定律 图中PQ是斜槽 QR为水平槽 实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下 落到位于水平地面的记录纸上 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末端的地方 让A球仍从位置G由静止开始向下运动 和B球碰撞后 A B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 重复这种操作10次 在图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点 B球落点痕迹如图乙所示 其中米尺水平放置 且平行于G R O所在的平面 米尺的零点与O点对齐 图6 1 碰撞后B球的水平射程应取为 cm 2 在以下选项中 本次实验必须进行测量的有 A 测量A球和B球的质量 或两球质量之比 B 测
12、量G点相对于水平槽面的高度C 测量R点相对于水平地面的高度D A球和B球碰撞后 测量A球落点位置到O点的距离E 水平槽上未放B球时 测量A球落点位置到O点的距离F 测量A球或B球的直径 解析 1 用一尽量小的圆圈住所有落点 此圆的圆心即对应B球落点的平均位置 则碰撞后B球的水平射程应为64 7cm 2 要验证两球碰撞过程中动量是否守恒 必须测出两球的质量 用平抛的水平距离代替碰撞前后的速度 则必须测出未放B球时A球落点位置到O点距离和放B球后 A球 B球落点位置到O点的距离 故必须进行的测量为A E D 答案 1 64 7 2 ADE 6 如图7所示装置来验证动量守恒定律 质量为mA的钢球A用
13、细线悬挂于O点 质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上 O点到A球球心的距离为L 使悬线在A球释放前伸直 且线与竖直线夹角为 A球释放后摆到最低点时恰与B球正碰 碰撞后 A球把轻质指示针OC推移到与竖直线夹角 处 B球落到地面上 地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D 保持 角度不变 多次重复上述实验 白纸上记录到多个B球的落点 1 图中x应是B球初始位置到 的水平距离 2 为了验证两球碰撞过程动量守恒 应测得的物理量有 3 用测得的物理量表示碰撞前后A球 B球的动量 pA pA pB pB 图7 解析 1 对照基本实验可知 本方法的实验原理与基本实验原理相同 仅将A球代替原入射小球 x应是B球初始位置到落点的水平距离
