2021-2022学年高中物理同步教案实验验证动量守恒定律.docx

第一章 动量守恒定律课时1.4 实验验证动量守恒定律 1.通过研究气垫导轨上滑块的碰撞，验证动量守恒定律2.通过研究斜槽末端小球的碰撞，验证动量守恒定律3.通过验证动量守恒定律的实验，培养学生动手操作与实验创新的能力一、实验原理与方法　在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等．二、实验器材　方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验气垫导轨、数字计时器、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：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等．三、实验过程方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出滑块的质量．2．安装：正确安装好气垫导轨，如图所示．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(①改变滑块的质量；②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：利用长木板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，如图所示．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，把两小车连接成一个整体运动．4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝算出速度．5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验．6．验证：一维碰撞中的动量守恒．方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验1．测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．2．安装：按照如图甲所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．甲　　　　　　　　　乙3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置O.4．放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤4中的高度)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.如图乙所示．6．验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否成立．7．整理：将实验器材放回原处．四、数据处理方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1．滑块速度的测量：v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验1．小车速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出．2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验验证的表达式：m1OP＝m1OM＋m2ON.五、误差分析1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求．(1)碰撞是否为一维．(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力，两球是否等大等．2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量．六、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验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平．(2)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力．(3)若利用平抛运动规律进行验证：①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变．基础过关练题组一　实验器材与实验操作1.在“利用气垫导轨验证动量守恒定律”的实验中，用到的测量工具有 (　　)A.停表、天平、刻度尺B.弹簧测力计、停表、天平C.天平、刻度尺、光电计时器D.停表、刻度尺、光电计时器2.(多选)在“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”实验中，需要的测量工具有 (　　)A.停表 B.毫米刻度尺C.天平 D.弹簧测力计3.(多选)在利用斜槽实现两小球的一维碰撞“验证动量守恒定律”实验中，必须测量的物理量是 (　　)A.入射小球和被碰小球的质量B.入射小球和被碰小球的半径C.入射小球从静止释放时的起始高度D.斜槽轨道的末端到地面的高度E.不放被碰小球时，入射小球的水平射程F.入射小球和被碰小球碰撞后的水平射程4.在“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”实验中，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端保持水平，这样做的目的是使 (　　)A.入射小球得到较大的速度B.入射小球与被碰小球对心碰撞后速度沿水平方向C.入射小球与被碰小球对碰时无动能损失D.入射小球与被碰小球碰后均能从同一高度飞出5.如图甲所示，在验证动量守恒定律实验中，在小车M的前端粘有橡皮泥，推动小车M使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车N相碰并连成一体，继续做匀速运动。

在小车M后连着纸带，打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力甲(1)下列操作正确的是 (　　)A.一个车上装上撞针是为了改变两车的质量B.一个车上装上橡皮泥是为了碰撞后粘在一起C.先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源(2)若实验所得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)A为运动起始打的第一个点，则应选　　　　段来计算M的碰前速度，应选　　　　段来计算M和N碰后的共同速度(以上两空均填“AB”“BC”“CD”或“DE”)乙题组二　实验原理和实验数据6.利用如图所示的实验装置可验证动量守恒定律由于小球的下落高度是定值，下落时间是定值，所以，小球落在地面上的水平位移就代表了小球做平抛运动时水平初速度的大小，这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示1)以下要求正确的是　　　　A.入射小球的半径应该大于被碰小球的半径B.入射小球的半径应该等于被碰小球的半径C.入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滚下D.斜槽末端必须是水平的(2)关于小球的落点，下列说法正确的是　　　　A.如果小球每次从斜槽的同一位置由静止滚下，重复几次的落点一定是完全重合的B.由于偶然因素存在，重复操作时小球的落点不会完全重合，但是落点应当比较集中C.测定落点P的位置时，如果几次落点的位置分别为P1、P2、…、Pn，则落点的平均位置OP=OP1+OP2+…+OPnnD.用尽可能小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置就是小球落点的平均位置(3)实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点，经多次实验，在记录纸上找到了两球平均落点位置分别为M、P、N，并测得它们到O点的距离分别为OM、OP和ON。

已知入射球的质量为m1，被碰球的质量为m2，如果测得m1OM+m2ON近似等于　　　　，则可证明碰撞中系统的动量守恒4)在实验中，根据小球的落点情况，若等式ON=　　　　成立，则可证明碰撞中系统的动能守恒[要求用第(3)问中涉及的物理量表示]7.如图所示为“验证动量守恒定律”的实验装置示意图入射小球质量为ma，被碰小球质量为mb1)因为下落高度相同的平抛小球(不计空气阻力)在空中的飞行时间相同，所以我们在实验中可以用　　　　作为时间单位2)关于本实验，下列说法正确的是 (　　)A.不放被碰小球时，入射小球的平均落点为N点B.斜槽的粗糙程度越小，实验的误差越小C.实验之前，一定要将斜槽的末端调成水平D.入射小球与被碰小球满足ma>mb，ra=rb(3)图中M、P、N分别为入射小球与被碰小球的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是 (　　)A.maON=maOP+mbOMB.maOP=maON+mbOMC.maOP=maOM+mbOND.maOM=maOP+mbON8.如图所示，某同学将两块质量分别为m1和m2的不同物块用细线连接，置于光滑的水平桌面上，两个物块中间夹有一根压缩了的轻质弹簧。

烧断细线，物块从静止开始运动，最终离开桌子边缘做平抛运动该同学通过必要的测量，以验证物体间相互作用时的动量守恒1)该同学还需要的实验器材是　　　　；(2)本实验中要直接测量的物理量是　 ；(3)用实验中所测量的物理量，写出需要验证的关系式　　　　　　　　9.为了验证碰撞中的动量守恒，利用气垫导轨设计了如图所示的实验主要的实验步骤有:①如图安装好实验装置，打开充气泵，调节气垫导轨水平；②用天平测出滑块A、B(包括它们上面的挡光片)的质量m1、m2；③用刻度尺测量光电门1、2的间距L，用游标卡尺测出挡光片的宽度d；④让滑块B停在两光电门间某处，把滑块A从光电门1的左侧水平向右推，用与光电门相连的数字毫秒计时器读出滑块A通过光电门1时挡光片的挡光时间t1及碰撞后滑块B通过光电门2时挡光片的挡光时间t2、滑块A再次通过光电门1时挡光片的挡光时间t31)上述步骤①中，判断气垫导轨已经调节水平的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　2)如果满足关系　　　　　　　　　　　　，可说明碰撞中动量是守恒的(用测得的物理量来表示)3)关于该实验，下列说法中正确的是　　　　。

A.滑块A的质量小于滑块BB.滑块A推出的速度越小，实验误差一定越小C.气垫导轨是否调节水平对实验结果没有影响题组三　数据处理与误差分析10.光滑水平桌面上有A、B两个小车，质量都是0.6 kgA车的车尾连着一个穿过打点计时器(所用交流电源的频率为50 Hz)的纸带，A车以某一速度与静止的B车碰撞，碰后两车连在一起向前运动碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示根据这些数据，如果两个小车合在一起考虑，回答下列问题:(结果保留三位有效数字)(1)碰撞前后可能相等的物理量是　　　　；(2)碰前其大小为　　　　，碰后其大小为　　　　；(3)结论:　11.利用如图甲所示装置验证动量守恒定律实验过程如下:甲请将实验过程补充完整1)将打点计时器固定在长木板的一端；(2)把长木板有打点计时器的一端垫高，微调木板的倾斜程度，直到　　　　　　　　，这样做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　；(3)后面贴有双面胶的小车A静止在木板上，靠近打点计时器的小车B连着穿过限位孔的纸带；(4)接通打点计时器的电源，轻推一下小车B，使小车B运动一段距离后与小车A发生正碰，碰后粘在一起继续运动；(5)小车运动到木板下端后，关闭电源，取下纸带如图。