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1、验证动量守恒定律验证动量守恒定律1实验原理：实验原理：如如图图641所示，质量为所示，质量为m1和和m2的两个小球发生正碰，若碰前的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，运动，m2静止，根据动量守恒定律应有：静止，根据动量守恒定律应有：m1v1m1v1m2v2.因小球从斜因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度，若用飞行时间作时间在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度，若用飞行时间作时间第第4 4课时课时 实验七实验七 验证动量守恒定律验证动量守恒定律
2、单单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离因此，只要分别测出两小球的质量位，在数值上就等于小球飞出的水平距离因此，只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP，以及入射小球与，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离OM和和ON，若，若m1OP在实验误差允许的范在实验误差允许的范围内与围内与m1OMm2ON相等，就验证了两小球组成的系统碰撞前后总动量守恒相等，就验证了两小球组成的系统碰撞前后总动量守恒2 主要测量的物理量：主要测量的物理量： (1)入入射球质量射球质量m1和
3、被碰球质量和被碰球质量m2. (2)入射球平抛运动的水平位移入射球平抛运动的水平位移OP，碰撞后两球的水平位移，碰撞后两球的水平位移OM和和ON.斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板刻度尺、圆规、三角板一、测量小球的质量及仪器安装一、测量小球的质量及仪器安装 1用用天平测出两个小球的质量天平测出两个小球的质量m1、m2.选质量大的作为入射球选质量大的作为入射球m1. 2按图按图642所示，安装好实验装置，使斜槽的末端点切线水平所示，安装好实验装置，使斜槽的末端点切线水平3
4、在在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，当小球落在复写纸上时，便在白纸上留下了小球落地的痕迹时，便在白纸上留下了小球落地的痕迹4在白纸上记下重垂线所指的位置在白纸上记下重垂线所指的位置O.二、研究两球的碰撞过程及落点二、研究两球的碰撞过程及落点5先先不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，重复不放上被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度滚下，重复10次用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心次用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球就是小球落点的平均位置落点的平均位置6把把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高
5、度滚下，使它被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从原来的高度滚下，使它 们发生碰撞重复实验们发生碰撞重复实验10次用同样的方法标出碰撞后入射小球落点的次用同样的方法标出碰撞后入射小球落点的 平均位置平均位置M和被碰小球落点的平均位置和被碰小球落点的平均位置N.1本本实验中两个小球质量不同，一定是质量大的作入射球，质量小的作被碰实验中两个小球质量不同，一定是质量大的作入射球，质量小的作被碰 球，如果用质量小的与质量大的相碰，则质量小的球可能反弹，这样就不球，如果用质量小的与质量大的相碰，则质量小的球可能反弹，这样就不 能准确测定入射小球碰后的速度能准确测定入射小球碰后的速度2该该实验要确保斜槽
6、末端水平检验是否水平的方法是：将小球轻轻放实验要确保斜槽末端水平检验是否水平的方法是：将小球轻轻放在斜槽末端的水平部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜在斜槽末端的水平部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表明斜槽末端已水平槽末端已水平3保保证入射小球每次必须从同一高度由静证入射小球每次必须从同一高度由静 止滚下，止滚下， 且尽可能地让小球的释放点高些且尽可能地让小球的释放点高些4实实验过程中，实验桌、斜槽及白纸的位置始终不变验过程中，实验桌、斜槽及白纸的位置始终不变5在计算时一定要注意在计算时一定要注意m1、m2和和OP、OM、ON的对应关系的对应关系6如图如图643所示所示 7用用刻
7、度尺测量线段刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度的长度三、数据处理三、数据处理 把把两球的质量和相应的长度数值分别代入两球的质量和相应的长度数值分别代入m1OP 与与m1OMm2ON，并比较二者是否在实验误差允许的范围内相等并比较二者是否在实验误差允许的范围内相等【例【例1】 如如图图644所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图(1)若入射小球质量为若入射小球质量为m1，半径为，半径为r1；被碰小球质量为；被碰小球质量为m2，半径为，半径为r2，则，则()Am1m2，r1r2 Bm1m2，r1r2Cm1m2，r1r2 Dm1m2，r1r2(2)为为
8、完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是_(填下列对应的字母填下列对应的字母)A直尺直尺B游标卡尺游标卡尺C天平天平D弹簧秤弹簧秤E秒表秒表(3)实验中必须要求的条件是实验中必须要求的条件是_A斜槽必须是光滑的斜槽必须是光滑的B斜槽末端的切线必须水平斜槽末端的切线必须水平Cm1与与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度的球心在碰撞瞬间必须在同一高度Dm1每次必须从同一高度处滚下每次必须从同一高度处滚下(4)实实验中必须测量的物理量是验中必须测量的物理量是_A小球的质量小球的质量m1和和m2 B小球起始高度小球起始高度hC小球半径小球半径r1和和r2 D小
9、球起飞的时间小球起飞的时间tE桌面离地面的高度桌面离地面的高度H F小球飞出的水平距离小球飞出的水平距离s(5)设入射小球的质量为设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为，被碰小球的质量为m2，P为碰前入射小球落点的为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式平均位置，则关系式(用用m1、m2及图中字母表示及图中字母表示)_成立，即成立，即表示碰撞中动量守恒表示碰撞中动量守恒解析：解析：(1)两两小球要选等大的，且入射小球的质量应大些，故选小球要选等大的，且入射小球的质量应大些，故选C.(2)该实验必须测出两球平抛的水平位移和质量，故必须用到直尺和天平，因该实验必须测出两球平抛的水平位移和质量，故必
10、须用到直尺和天平，因两球平抛起点相同，不用测小球直径，故用不到两球平抛起点相同，不用测小球直径，故用不到B.故选故选AC.(3)实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球碰后均平抛，实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球碰后均平抛，两球心必须在同一高度，要保证小球两球心必须在同一高度，要保证小球m1碰前速度不变，碰前速度不变，m1每次必须从同一高每次必须从同一高度滚下，斜槽没必要保证光滑，故度滚下，斜槽没必要保证光滑，故B、C、D正确正确(4)必必须测量两球质量须测量两球质量m1、m2和小球平抛的水平距离，故选和小球平抛的水平距离，故选A、F.(5)因平抛落地时间相
11、同，可用水平位移代替速度，故关系式为因平抛落地时间相同，可用水平位移代替速度，故关系式为 答案：答案：(1)C(2)AC(3)BCD(4)AF(5) 【例【例2】 某某同学用如图同学用如图645所示的装置做所示的装置做“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验，先的实验，先将球将球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平面上的记录纸上留从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平面上的记录纸上留下压痕，重复下压痕，重复10次，再把同样大小的球次，再把同样大小的球b放在斜槽轨道水平端的最右端处静放在斜槽轨道水平端的最右端处静止，让球止，让球a仍从原来固定点由静止开始滚下，且与仍从原来固定点
12、由静止开始滚下，且与b球相碰，碰后两球分别球相碰，碰后两球分别落在记录纸上的不同位置，重复落在记录纸上的不同位置，重复10次次(1)确确定小球的平均落点的方法是定小球的平均落点的方法是_ (2)放上被碰小球，两球相碰后，小球放上被碰小球，两球相碰后，小球a、b的平均落点位置依次是图中的点的平均落点位置依次是图中的点_和点和点_ (3)a、b两球在记录纸上留下的落点痕迹如图两球在记录纸上留下的落点痕迹如图646所示，其中米尺的零点与所示，其中米尺的零点与O点对齐，则撞后点对齐，则撞后b球的水平射程应为球的水平射程应为_ cm.(4)某某同学在做该实验时，不小心把同学在做该实验时，不小心把a、b球
13、位置换了，即把质量较大的球位置换了，即把质量较大的a球球(质质量为量为ma)当成了被碰球，把质量较小的当成了被碰球，把质量较小的b球球(质量为质量为mb)当成了入射球结果当成了入射球结果b球球单独滚下时，平均落点为单独滚下时，平均落点为C点，而点，而b球与球与a球相碰后不能向前抛出，球相碰后不能向前抛出，b球和球和a球球平均落点分别为平均落点分别为A点和点和B点点(如图如图647所示所示)该同学测出了相关的物理量，该同学测出了相关的物理量，利用这些数据也能判断碰撞中的动量守恒，判断的依据是看利用这些数据也能判断碰撞中的动量守恒，判断的依据是看_和和_在误差允许的范围内是否相等在误差允许的范围内
14、是否相等解析：解析：(1)用用圆规画尽可能小的圆，把所有的落点圈在里面，圆心即是小球圆规画尽可能小的圆，把所有的落点圈在里面，圆心即是小球平均落点的位置平均落点的位置(2)碰前碰前a球的速度大于碰后的速度，碰后球的速度大于碰后的速度，碰后b球的速度大于球的速度大于a球的速度，可知球的速度，可知碰后小球碰后小球a的平均落点位置是的平均落点位置是A，小球，小球b的平均落点位置是的平均落点位置是C.(3)由第由第(2)问知，小球问知，小球b的平均落点位置是的平均落点位置是C，利用最小圆法，利用最小圆法，b球的水平射球的水平射程应为程应为44.50 cm.(4)由由实验原理可知，判断的依据是看实验原理
15、可知，判断的依据是看mbOC和和maOBmbOA在误差在误差允许的范围内是否相等允许的范围内是否相等答案：答案：(1)见解析见解析(2)AC(3)44.50(4)mbOCmaOBmbOA【例【例3】 (2009辽宁模拟辽宁模拟)某某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验气垫导轨装置如图的实验气垫导轨装置如图648(a)所示，所用的气垫导轨装置由导轨、所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩
16、空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差(1)下面是实验的主要步骤：下面是实验的主要步骤：安安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；向气垫导轨通入压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块与弹射架并
17、固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；动时，纸带始终在水平方向；使滑块使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把把滑块滑块2放在气垫导轨的中间；放在气垫导轨的中间；先先_，然后，然后_，让滑块带动纸带一起运动；，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图，选出理想的纸带如图648(b)所示；所示；测得滑块测得滑块1的质量的质量310 g，滑块，滑块2(包括橡皮泥包括橡皮泥)的质量为的质量为205g完善实验步骤完善实验步骤的内容的内容(
18、2)已知打点计时器每隔已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为总动量为_ kgm/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为；两滑块相互作用以后系统的总动量为_kgm/s(保留三位有效数字保留三位有效数字)(3)试试说明说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是中两结果不完全相等的主要原因是_解析：解析：(1)实实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块(2)作用前系统的总动量为滑块作用前系统的总动量为滑块1的动量的动量p0m1v0.v0 m/s2 m/s，p00.312 kgm/s0.62 kgm/s.作用后系统的总动量为作用后系统的总动量为滑块滑块1和滑块和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v m/s1.2 m/s，p(m1m2)v(0.3100.205)1.2 kgm/s0.618 kgm/s.(3)存存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦答案：答案：(1)接接通打点计时器的电源放开滑块通打点计时器的电源放开滑块(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦纸带与打点计时器限位孔有摩擦点击此处进入点击此处进入 作业手册作业手册