18学年高中物理第一章碰撞与动量守恒实验验证动量守恒定律教学案粤教版选修35.docx

1、18学年高中物理第一章碰撞与动量守恒实验验证动量守恒定律教学案粤教版选修35实 验 验证动量守恒定律一、实验目的1验证一维碰撞中的动量守恒。2探究一维弹性碰撞的特点。二、实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒。三、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。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。方案四：斜槽，大小

2、相等质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，天平一台，刻度尺，圆规。四、实验步骤方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出滑块质量。(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碰撞前后的速度(改变滑块的质量，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：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。(2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰

3、撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。(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：在光滑桌面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。(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图实1方案四：

4、利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验(1)先用天平测出小球质量m1、m2。(2)按图实1所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。(3)在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球发生碰撞前的落地点P。(6)把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使

5、它发生正碰，重复10次，仿步骤5求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。(7)过O和N在纸上作一直线。(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1OPm1OMm2ON，看是否成立。(9)整理实验器材放回原处。五、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，且刚好接触，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

6、)若利用斜槽小球碰撞应注意：斜槽末端的切线必须水平。把被碰小球放在斜槽末端。入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。选质量较大的小球作为入射小球。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改变。六、误差分析1系统误差主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞。(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，长木板实验是否平衡掉摩擦力。2偶然误差主要来源于质量m和速度v的测量。3改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。

7、实验原理的理解和误差分析图实2例1气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图实2所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：a用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b调整气垫导轨，使导轨处于水平；c在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；e按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，记下A

8、、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量及其符号是_。(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因有_(至少答出两点)。解析A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到C、B到D的时间t1和t2，测出两滑块的质量，就可以用mAmB验证动量是否守恒。(1)实验中还应测量的物理量为B与D的距离，符号为L2。(2)验证动量守恒定律的表达式是mAmB。产生误差的原因：L1、L2、mA、mB的数据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块

9、的加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力。答案见解析实验综合考查例2如图实3，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。图实3(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hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的射程(2)图实3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

10、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、m2B测量小球m1开始释放高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE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，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图实4所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1，则p1p1_11；若碰撞结束时m2的动量为p2，则p1p211_。图实4实验结果

11、说明，碰撞前、后总动量的比值为_。(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为_cm。解析小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即v。而由Hgt2知，每次竖直高度相等，平抛时间相等。即m1m1m2；则可得m1OPm1OMm2ON。故只需测射程，因而选C；由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON。故必要步骤A、D、E，若为弹性碰撞同时满足动能守恒。m12m12m22m1OP2m1OM2m2ON2p1m1，p1m1故p1p1OPOM44.8035.2

12、01411，p2m2p1p2112.9故1其他条件不变，使ON最大，则m1、m2发生弹性碰撞。则其动量和能量均守恒，可得v2，而v2，v0故ONOP44.80 cm76.8 cm。答案(1)C(2)ADE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2(4)142.911.01(5)76.81某同学用如图1所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。图1(1)实验中必须要求的条件是()A斜槽轨道尽量光滑以减少误差B斜槽轨道末端的切线必须水平C入射球和被碰球的质量必须相等D入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量()A水

13、平槽上未放B球时，测量A球落点P到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点M到O点的距离CA球与B球碰撞后，测量B球落点N到O点的距离D测量A球或B球的直径E测量A球和B球的质量(或两球质量之比)F测量释放点G相对于水平槽面的高度G测量水平槽面离地的高度(3)某次实验中得出的落点情况如图2所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为_。图2答案：(1) BD(2) A、B、C、E(3) 412某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的

14、具体装置如图3甲所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放薄木片用以平衡摩擦力。图3(1)若已测得打点纸带如图3乙所示，并测得各计数点间距已标在图上A为运动起始的第一点，则应选_段来计算A的碰前速度；应选_段来计算A和B碰后的共同速度。(以上两空填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。(2)已测得小车A的质量m10.40 kg，小车B的质量m20.20 kg。由以上测量结果可得：碰前总动量为_kgm/s；碰后总动量为_kgm/s。解析：(1)从分析纸带上打点情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算A的碰前速度。从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度。(2)小车