验证动量守恒定律实验学案2014-05-13
中山市卓雅外国语学校高二年级物理学科学案设计
第二章 验证动量守恒定律 2014-05-13
班级_____ __ 姓名__ ____
〒〒实验原理〒〒
一、实验原理 在一维碰撞中,测出 和 ,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量是否守恒.
二、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. 方法四:斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等. 三、实验步骤
方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)用 测出滑块 . (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(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小和方向)碰撞前后的速度. (4)验证:一维碰撞中的动量守恒.
方案二:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
(1)用并选定质量的小球为入射小球,质量较的为被撞小球.其目的是 。
(2)按照图所示安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽末端保持。 (3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好.记下 (4)测量放射小球的初动量时,先,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 把小球所有的落点都圈在里面. 就是小球落点的平均位置.
(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽自由滚下,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2所示.被撞小球碰撞前的速度大小为 ,表示入射小球碰撞前速度大小的是线段 ,表示放射小球碰撞后的速度大小的是线段 ,表示被碰撞小球碰撞后的速度大小的是线段 。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON,看在误差允许的范围内是否成立. (7)整理好实验器材放回原处.
(8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒. 四、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
(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,用等长悬线悬挂后两小球刚好接触,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,入射球质量要大于被碰球质量,即:m1>m2,防止碰后m1被反弹. 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. 〒〒例题解析〒〒
考点一 利用气垫导轨验证动量守恒定律
例1:某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验,气垫导轨装置如图甲所示,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,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.
(1)下面是实验的主要步骤:
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;
②向气垫导轨通入压缩空气;
③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; ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;
⑤把滑块2放在气垫导轨的中间,已知碰后两滑块一起运动;
⑥先____________,然后__________,让滑块带动纸带一起运动; ⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图乙所示;
⑧测得滑块1(包括撞针)的质量310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.
试着完善实验步骤⑥的内容.
(2)计算可知两滑块相互作用前的动量之和为m/s;两滑块相互作用以后动量之和 为___ ___ kg·m/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__________________________________ ________________________________________________________________________.
考点二 利用平抛运动验证动量守恒定律
例2:(2011·北京理综·21(2))如图,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.
①实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,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开始释放的高度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);若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为_____ _____(用②中测量的量表示).
④经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示.碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′,则p1∶p1′=________∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2′,则p1′∶p2′=11∶
________.
实验结果说明,碰撞前、后总动量的比值pp′+p________.
12′
〒〒课堂练习〒〒
1. 【单选】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所示,下列关于这个实验的说法正确的是 ( ) A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球 B.要验证的表达式是m1(OP-2r)=m1(OM-2r)+m2ON C.要验证的表达式是m1ON=m1OM+m2OP D.要验证的表达式是m1OP=m1OM+m2ON
2. 某同学用如图所示装置验证动量守恒定律,用轻质细线将小球1悬挂于O点,使小球1的球心到悬点O的距离为L,被碰小球2放在光滑的水平桌面上.将小球1从右方的A点(OA与竖直方向的夹角为α)由静止释放,摆到最低点时恰与小球2发生正碰,碰撞后,小球1继续向左运动到C位
置,小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的D点.
(1)实验中已经测得上述物理量中的α、L、x,为了验证两球碰撞过程动量守恒,还应该测量的物理量有____________________________________________________________.
(2)请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1、小球2的动量:p1=_____ _____;p1′=;p2=____ ____;p2′=
3.气垫导轨上有A、B两个滑块,开始时两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻质弹簧,滑块间用绳子连接(如图甲所示),绳子烧断后,两个滑块向相反方向运动,图乙为它们运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz,由图可知:
(1)A、B离开弹簧后,应该做运动,已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是 ____________________________________________. (2)若不计此失误,分开后,A的动量大小为__kg·m/s,B的动量的大小为____kg·m/s.本实验中得出“在实验误差允许范围内,两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是__________________________________________.