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1、第3节科学验证:动量守恒定律1.验证动量守恒定律。2.体会不易测量物理量转换为易测量物理量的实验设计思想。斜槽轨道、的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、小铅锤、天平(附砝码)、圆规。1|实验器材半径相等毫米刻度尺1.实验原理质量分别为m1和m2的两个小球A、B发生,若碰前A球的速度为v1,B球静止,碰后的速度分别为v1和v2,根据动量守恒定律应有m1v1=。2.实验设计可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法,设计实验装置如图所示。让球A从C点释放,测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP,再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON。只要验证m1lOP=,即可验证动量守恒定律
2、。2|实验原理与设计正碰m1v1+m2v2同一位置m1lOM+m2lON1.用天平测出两个小球的。2.将斜槽固定在桌边并使其末端。在地板上铺白纸和复写纸,通过将斜槽末端在纸上的投影记为点O。3.首先让球A从斜槽C点由释放,落在复写纸上,如此重复多次。4.再将球B放在槽口,让球A从C点由静止释放,撞击球B,两球落在复写纸上,如此重复多次。5.取下白纸,用找出落点的平均位置点P、点M和点N,用测出lOP、lOM和lON。6.改变C点位置,重复上述实验步骤。3|实验步骤质量水平小铅锤静止末端圆规毫米刻度尺1.斜槽末端的切线必须水平使小球做平抛运动。()2.入射小球可以从斜槽轨道任一位置释放。()判断
3、正误，正确的画“”，错误的画“”。提示:入射小球必须从斜槽轨道同一位置由静止释放,保证每次碰撞入射速度相同。3.入射小球应选质量较大的钢球。()4.实验过程中白纸的位置始终保持不变。()5.找小球的落地点时,可在很多落地点中任选一个点。()提示:找小球的落地点时,要利用圆规找出平均落地点。|实验原理与操作情境如图甲所示,让一个小球从斜槽上滚下来,与放在斜槽末端的另一小球发生碰撞,之后两小球都做平抛运动。设问设问1.实验中如何保证两小球都做平抛运动?提示:调整斜槽末端水平,并选半径相同的两小球,使其发生正碰,这样两小球从斜槽末端飞出时只具有水平方向的初速度,能保证两小球都做平抛运动。2.实验过程
4、中对两小球的选取及放置位置有什么要求?提示:质量较大的小球作为入射小球,质量较小的小球作为被碰小球;每次实验中被碰小球放在斜槽末端,入射小球要从同一位置由静止释放。3.实验中需要测量哪些物理量?提示:需要用天平测两小球的质量和用刻度尺测平抛运动的水平位移。拔高问题拔高问题4.实验中体现了什么样的物理思想?提示:实验中体现了一种转换思想,把需要测量的物理量由不易测量的速度转换为易测量的位移。5.为什么实验中通过测位移的方式就能验证动量守恒定律?提示:由于两小球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此,只需测出两
5、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s1,以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1和s2。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1+m2s2相等,就验证了动量守恒定律。实验注意的事项实验注意的事项(1)斜槽末端的切线必须水平,判断是否水平的方法是将小球放在斜槽轨道平直部分任一位置,若小球均能保持静止,则表明斜槽末端已水平。(2)入射小球每次都必须从斜槽轨道同一位置由静止释放,可在斜槽适当高度处固定一挡板,使小球靠着挡板,然后释放小球。(3)入射小球的质量应大于被碰小球的质量。(4)实验过程中确保实验桌、斜槽、记录的白纸的位置始终保持不变。(5)在计算时一定要注意m1、m2与OP、OM和ON的对应关系。(6)应尽可能在斜槽较高的地方由静止释放入射小球。实验数据处理实验数据处理(1)计算碰撞前后两小球的动量m1、m1、m2。(2)比较碰撞前的系统的总动量m1和碰撞后的系统总动量m1+m2。(3)实验结论:在误差允许范围内,满足的关系是m1OP=m1OM+m2ON。误差分析(1)小球落点位置的确定不准确是产生误差的一个原因。(2)入射小球每次不是从同一高度无初速度滑下是产生误差的另一原因。(3)两球的碰撞若不是对心正碰则会产生误差。(4)线段长度的测量产生误差。(5)入射小球释放的高度太低,两球碰撞时内力较小会产生误差。