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1、實驗十五實驗十五 驗證動量守恒定律驗證動量守恒定律核心考點(diǎn)導(dǎo)學(xué)【了解實驗?zāi)康摹框炞C一維碰撞中的動量守恒【理解實驗原理】在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前后物體的速度v1、v1、v2、v2，找出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前后動量是否守恒【知道實驗器材】方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥方案四：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線一條、白紙
2、、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板【熟習(xí)實驗步驟】方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌(如圖所示)(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量改變滑塊的初速度大小和方向)(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒方案二：利用等長懸線懸掛大小相等的小球完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2.(2)安裝：把兩個大小相等的小球用等長懸線懸掛起來(3)實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰(4)測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰
3、撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量(2)安裝：將打點(diǎn)計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥(3)實驗：接通電源，讓小車A運(yùn)動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動方案四：利用斜槽完成一維碰撞實驗(1)先用天平測出小球質(zhì)量m1、m2.(2)按如圖所示安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)切線水平(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙，在白
4、紙上記下重垂線所指的位置O.(4)先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上某一高度處滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射球不碰時的落地點(diǎn)P.(5)把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù)10次，仿照步驟(4)求出入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N.過O、N在紙上作一直線【警惕注意事項】1前提條件碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”2方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平(2)若利用擺球進(jìn)行實驗，兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺
5、線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)(3)若利用長木板進(jìn)行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變3探究結(jié)論尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變【細(xì)辨誤差分析】1系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否為一維碰撞(2)實驗是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩擺球是否等大，長木板實驗是否平衡掉摩擦力2偶然誤差主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量考向案例研究 例12011北京理綜，21(2)如圖甲，用“碰撞
6、實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可以通過僅測量_(填選項前的符號)，間接地解決這個問題A小球開始釋放高度hB小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC小球做平拋運(yùn)動的射程圖甲中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)接下來要完成的必要步驟是_(填選項前的符號)A用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B測量小球m1開始釋放高度hC測
7、量拋出點(diǎn)距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE測量平拋射程OM、ON若兩球相碰前后的動量守恒，其表達(dá)式可表示為_(用中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_(用中測量的量表示)經(jīng)測定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1，則p1 p1_ 11；若碰撞結(jié)束時m2的動量為p2，則p1 p211 _.本實驗要驗證的是m1OMm2ONm1OP，因此要測量兩個小球的質(zhì)量m1和m2以及它們的水平射程OM和ON，而要確定水平射程，應(yīng)先分別確定兩個小球落地的平均落點(diǎn)，沒有必要測量小球m1開
8、始釋放的高度h和拋出點(diǎn)距地面的高度H.故應(yīng)完成的步驟是ADE或DEA或DAE.總結(jié)提升利用斜槽小球碰撞驗證動量守恒的注意事項(1)斜槽末端的切線必須水平；(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；(3)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；(4)實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.例2氣墊導(dǎo)軌(如圖1)工作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動時的阻力為了驗證動量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點(diǎn)計時器的紙帶相連，兩個打點(diǎn)計時器所用電源的頻率均
9、為b.氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個打點(diǎn)計時器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動 下圖2為某次實驗打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為 _、_，兩滑塊總動量大小為_；碰撞后兩滑塊的總動量大小為_重復(fù)上述實驗，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗證例3某同學(xué)設(shè)計了一個“用打點(diǎn)計時器驗證動量守恒定律”的實驗，在小車A的前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車A做勻速直線運(yùn)動，然后與原來靜止的
10、小車B相碰并粘在一起繼續(xù)做勻速運(yùn)動，如圖甲所示，在小車A的后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計時器的頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力(1)若已得到一打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，測得各計數(shù)點(diǎn)間的距離并已在圖上標(biāo)出，A為運(yùn)動起始點(diǎn)，則應(yīng)選_段來計算碰前A的速度，應(yīng)選_段來計算碰后A和B的共同速度(2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg，則由以上結(jié)果可得碰前的總動量為_kgm/s，碰后的總動量為_ kgm/s.解析(1)因為小車A與B碰撞前后都做勻速運(yùn)動，且碰后A與B黏合在一起，其共同速度比A原來的速度小所以應(yīng)選點(diǎn)跡分布均勻且點(diǎn)間距較大的BC段來計算碰前A的速度，點(diǎn)跡分布均勻且點(diǎn)間距較小的DE段來計算碰后A和B的共同速度pmAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/sp(mAmB)vA(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s可見，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后系統(tǒng)的動量是守恒的答案(1)BCDE(2)0.4200.417總結(jié)提升本題主要考查實驗數(shù)據(jù)的分析、處理能力，并由此得出實驗結(jié)論.
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