4 实验:验证动量守恒定律 【实验思路】 1.一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后 运动,这种碰撞叫作一维碰撞. 2.实验的基本思路 在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的 和 . 3.验证动量守恒定律 设两个物体的质量分别为m1和m2,碰撞前的速度分别为v1和v2,碰撞后的速度分别为v'1和v'2,若速度与我们设定的坐标轴的方向一致,则取正值,否则取负值.探究m1v1+m2v2= 是否成立. 方案一 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 【实验原理】 如图所示.这一实验装置不仅能保证碰撞是一维的,还可以做出多种情形的碰撞,速度的测量误差较小,这个方案是本实验的首选. 【实验器材】 学生电源、气垫导轨、滑块、天平、光电门、光电计时器等. 【物理量的测量】 1.用天平测量两个滑块的质量m1、m2. 2.调整导轨使之处于水平状态,并使光电计时器系统正常工作. 3.如图所示,用细线将弹簧片弯成弓形,放在两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,两滑块随即向相反的方向运动. 4.记录滑块上遮光条的宽度Δx以及光电计时器显示的遮光时间Δt,利用公式 计算出两滑块相互作用前后的速度. 5.如图所示,在一个滑块上装上弹簧,使两个滑块相互碰撞,重复步骤4. 6.如图所示,在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,二者相碰后粘在一起,重复步骤4. 【数据处理】 将实验中测得的物理量填入如下表格. (m1= ;m2= ) 碰撞前 碰撞后 结论 速度 v1 v2 v'1 v'2 mv m1v1+m2v2 m1v'1+m2v'2 代入实验数据,看在误差允许的范围内动量是否守恒. 例1 [2022·金华一中期中] 图甲是验证动量守恒定律的装置,气垫导轨上安装了1、2两个光电门,两滑块上均固定一相同的竖直遮光条. (1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示,其读数为 mm. (2)实验前,接通气源后,在导轨上轻放一个滑块,给滑块一初速度,使它从轨道左端向右运动,发现滑块通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间.为使导轨水平,可调节Q使轨道右端 (选填“升高”或“降低”)一些. (3)测出滑块A和遮光条的总质量为mA,滑块B和遮光条的总质量为mB,遮光条的宽度用d表示.将滑块A静置于两光电门之间,将滑块B静止于光电门2右侧,推动B,使其获得水平向左的速度,经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回,再次经过光电门2.光电门2先后记录的挡光时间为Δt1、Δt2,光电门1记录的挡光时间为Δt3,则实验中两滑块的质量应满足mA mB(选填“>”“<”或“=”),实验需要验证的动量守恒表达式为 (用题中给定的符号表示). (4)若实验发现碰撞过程中机械能、动量均守恒,则Δt1、Δt2、Δt3应满足的关系式是 . A.Δt1+Δt2=Δt3 B.Δt2-Δt1=Δt3 C.+= D.-= 【注意事项】 1.滑块速度的测量:滑块在气垫导轨上运动的速度v=,式中Δx为滑块上的遮光条的宽度(由仪器说明书上给出,也可以直接测量),Δt为光电计时器显示的遮光条经过光电门的时间. 2.注意速度的矢量性:规定一个正方向,碰撞前、后滑块速度的方向与正方向比较,跟正方向相同即为正值,跟正方向相反即为负值,也就是说,比较m1v1+m2v2与m1v'1+m2v'2是否相等时,应该把速度的正、负号代入计算. 方案二 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 【实验原理】 如图所示.利用平抛运动的水平方向和竖直方向的等时性和独立性特点可知,高度相同则运动时间相同,水平方向做匀速直线运动,故可用水平位移替代水平初速度. 【实验器材】 斜槽轨道、铅垂线、天平、小球、白纸、复写纸、刻度尺等. 【物理量的测量】 1.用天平测出两个小球的质量m1、m2,并选定质量大的小球为入射小球(设m1>m2). 2.按照图所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽末端水平. 3.白纸在下,复写纸在上,且在适当位置铺放好.记下铅垂 ... ...
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