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1、,第一章,实验：验证动量守恒定律,学习目标 1.掌握验证动量守恒定律的方法和基本思路. 2.掌握直线运动物体速度的测量方法.,内容索引,知识探究,题型探究,知识探究,一、实验目的,验证碰撞中的动量守恒定律 二、实验原理 为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动. 设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1、v2，如果速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值. 根据实验求出两物体碰前动量pm1v1m2v2，碰后动量pm1v1m2v2，看p与p是否相等，从而验证动量守恒定律.,三、实验设计 实验设计
2、需要考虑的问题： (1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上. (2)如何测定质量和速度. 测量质量用天平. 测定碰撞前后的速度，这是实验成功的关键.,四、实验案例 气垫导轨上的实验 器材：气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等. 气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成，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(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由摩擦产生的影响.,图1,图2,设x为滑块(挡光片)的宽度，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间，则v .,
3、五、实验步骤 1.调节气垫导轨，使其水平.是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止. 2.按说明书连接好数字计时器与光电门. 3.如图3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入设计好的表格中.,图3,4.如图4所示，在滑块上安装好弹性碰撞架.将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度.测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中.,图4,5.如图5所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将装有
4、橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞，一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中.,图5,6.根据上述各次碰撞的实验数据验证碰撞前后的动量是否守恒. 实验数据记录表,实验结论：碰撞前后两滑块的动量守恒.,题型探究,例1 某同学利用气垫导轨做验证碰撞中的动量守恒的实验；气垫导轨装置如图6所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成. (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，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 接通光电计时器； 把滑块2静止放在气垫导轨的中间；,图6,滑块1挤压导轨左端
5、弹射架上的橡皮绳； 释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动； 读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间t110.01 ms，通过光电门2的挡光时间t249.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间t38.35 ms； 测出挡光片的宽度d5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2200 g；,(2)数据处理与实验结论： 实验中气垫导轨的作用是a._ _b._.,解析,答案,大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引,起的误差.,保证两个滑块的碰撞
6、是一维的.,解析 a.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差. b.保证两个滑块的碰撞是一维的.,碰撞前滑块1的速度v1为_m/s；碰撞后滑块1的速度v2为_m/s；滑块2的速度v3为_m/s；(结果保留两位有效数字),解析,答案,0.50,解析,0.10,0.60,滑块1碰撞之后的速度,滑块2碰撞后的速度,在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由.(至少回答2个不变量). a._b._.,解析,答案,系统碰撞前后总动量不变.,碰撞前后总动能不变.(c.碰撞前后质量不变.),解析 a.系统碰撞前后总动量不变. 因为系统碰撞前的动量m
7、1v10.15 kgm/s，系统碰撞后的动量m1v2m2v30.15 kgm/s b.碰撞前后总动能不变.,c.碰撞前后质量不变.,例2 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中动量变化的规律的实验：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，他设计的具体装置如图7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.,图7,(1)若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间的距离标在图上，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_段来计算小车A和小车B碰后
8、的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”).,解析,答案,BC,DE,图8,解析 因小车做匀速运动，应取纸带上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段分别计算碰前小车A的速度和碰后小车A和小车B的共同速度.,(2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，由以上的测量结果可得：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,答案,0.420,0.417,解析 碰前小车速度,其动量,pAmAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/s,碰后小车A和小车B的共同速度,碰后总动量
9、 pAB(mAmB)vAB(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s 从上面计算可知：在实验误差允许的范围内，碰撞前后总动量不变.,例3 某同学用图9甲所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究动量守恒定律.图中SQ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.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由静止滚下，和B球碰撞后，A、B两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.图中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、
10、R、O所在平面， 米尺的零点与O点对齐. (1)碰撞后B球的水平射程ON应取为_ cm.,图9,65.2,解析,答案,解析 水平射程是将10个不同的落点用尽量小的圆圈起来，其圆心即为平均落点，从题图乙上可读出约为65.2 cm.,(2)该同学实验数据记录如表所示，设两球在空中运动的时间为t，请根据 数据求出两球碰撞前的动量之和是_，两球碰撞后的动量之和 是_，由此得出的结论是_ _.,解析,答案,误差允许的范围内，碰撞前后动量守,恒定律成立,解析 A、B两球在碰撞前后都做平抛运动，高度相同，在空中运动的时间相同，而水平方向都做匀速直线运动，其水平射程等于速度与落地时间t的乘积. 碰撞前A球的速度为,碰撞前质量与速度的乘积之和为,碰撞后A球的速度为,碰撞后B球的速度为,碰撞后动量之和为,
