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课件网) 4 实验:验证 动量守恒定律 [定位·学习目标] 1.通过用不同的实验方法探究碰撞中的动量守恒,掌握验证动量守恒定律的实验思路,明确实验所需测量的物理量,形成物理观念。2.通过实验得到一维碰撞中的动量守恒定律的表达式,进一步领会守恒思想,形成物理思维。3.能通过实验探究,分析总结碰撞中的不变量,知道实验数据的处理方法,经历实验过程,培养动手能力和合作意识。 探究·必备知识 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、两个质量不同的滑块、重物、轻弹簧、细线、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥(或尼龙搭扣)。 方案二:利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 斜槽、不同质量的两个等大小球、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(包括弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等)的质量。 2.安装:正确安装好实验装置,如图所示。 3.实验:接通电源,利用配套的数字计时器测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。 (1)在两滑块碰撞的端面装上弹性碰撞架。 (2)在两滑块碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。 (3)在两滑块间放置压缩轻弹簧,用细线固定后烧断细线。 4.验证:一维碰撞中的动量守恒。 方案二: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。 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:不放被碰小球,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:把被碰小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽步骤4中的高度自由滚下,重复实验10次,并确定碰后入射小球和被碰小球落点的平均位置M、N。如图乙所示。 四、数据处理 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 2.计算滑块间作用前后的总动量p=m1v1+m2v2、p′=m1v1′+m2v2′,验证在误差允许范围内p=p′。 方案二:利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 1.利用平抛运动知识求对应速度或以碰撞后落地时间为单位时间,对应的水平距离表示“速度”。 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)碰撞是否发生在一条直线上。 (2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大。 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”且“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)若利用平抛运动规律进行验证,则需要注意: 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、记录白纸的位置要始终保持不变。 突破·关键能力 要点一 利用气垫导轨验证动量守恒定律 [例1] 某同学用气垫导轨验证动量守恒定律,实验装置如图甲所示。 0.612 0 【解析】 (1)根据螺旋测微器的读数原理可知, 遮光条的宽度d=6 mm+12.0×0.01 mm=6.120 mm=0.612 0 cm。 (1)该同学用螺旋测微器测量遮光条的宽度d,示数如图乙所示,可知遮光条的宽度d= cm,随后将两块宽度均为d的遮光条安装到两滑块上。 (2)安装好气垫导轨和光电门,接通气源后,在导轨上轻放一个滑块,轻推滑块 ... ...
