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1、实验十六验证动量守恒定律实验十六验证动量守恒定律2021/8/11 星期三1 实实验验十十六六验验证证动动量量守守恒恒定定律律过程分析导引过程分析导引实验典例精析实验典例精析知识要点归纳知识要点归纳知能优化演练知能优化演练2021/8/11 星期三2实验实验目的目的1验证验证一一维维碰撞中的碰撞中的动动量守恒量守恒2探究一探究一维弹维弹性碰撞的特点性碰撞的特点知识要点归纳知识要点归纳2021/8/11 星期三3实验实验原理原理在在一一维维碰碰撞撞中中，测测出出物物体体的的质质量量m和和碰碰撞撞前前后后物物体体的的速速率率v、v，找找出出碰碰撞撞前前的的动动量量pm1v1m2v2及及碰碰撞撞后后
2、的的动动量量pm1v1m2v2，看看碰碰撞前后撞前后动动量是否守恒量是否守恒2021/8/11 星期三4实验实验器材器材方方案案一一：气气垫垫导导轨轨、光光电电计计时时器器、天天平平、滑滑块块(两两个个)、重重物物、弹弹簧簧片片、细细绳绳、弹弹性性碰碰撞撞架架、胶胶布布、撞撞针针、橡皮泥、橡皮泥方方案案二二：带带细细线线的的摆摆球球(两两套套)、铁铁架架台台、天天平平、量角器、坐量角器、坐标纸标纸、胶布等、胶布等方方案案三三：光光滑滑长长木木板板、打打点点计计时时器器、纸纸带带、小小车车(两个两个)、天平、撞、天平、撞针针、橡皮泥、橡皮泥方方案案四四：斜斜槽槽,大大小小相相等等质质量量不不同同
3、的的小小钢钢球球两两个个，重重垂垂线线一一条条，白白纸纸,复复写写纸纸，天天平平一一台台，刻刻度度尺尺，圆规圆规2021/8/11 星期三5一、一、实验实验步步骤骤方案一：利用气方案一：利用气垫导轨垫导轨完成一完成一维维碰撞碰撞实验实验1测质测质量：用天平量：用天平测测出滑出滑块质块质量量2安装：正确安装好气安装：正确安装好气垫导轨垫导轨3实实验验：接接通通电电源源，利利用用配配套套的的光光电电计计时时装装置置测测出出两两滑滑块块各各种种情情况况下下碰碰撞撞前前后后的的速速度度(改改变变滑滑块块的质量；的质量；改变滑块的初速度大小和方向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验
4、证：一维碰撞中的动量守恒过程分析导引过程分析导引2021/8/11 星期三6方案二：利用等方案二：利用等长悬线悬长悬线悬挂等大小球完成一挂等大小球完成一维维碰碰撞撞实验实验1测质测质量：用天平量：用天平测测出两小球的出两小球的质质量量m1、m2.2安装：把两个等大小球用等安装：把两个等大小球用等长悬线悬长悬线悬挂起来挂起来3实验实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时时它它们们相碰相碰4测测速度：可以速度：可以测测量小球被拉起的角度，从而算量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前出碰撞前对应对应小球的速度，小球的速度，测测量碰撞后小球量碰撞后小球摆摆起起的角度，
5、算出碰撞后的角度，算出碰撞后对应对应小球的速度小球的速度5改改变变条件：改条件：改变变碰撞条件，重复碰撞条件，重复实验实验6验证验证：一：一维维碰撞中的碰撞中的动动量守恒量守恒2021/8/11 星期三7方案三：在光滑桌面上两方案三：在光滑桌面上两车车碰撞完成一碰撞完成一维维碰撞碰撞实实验验1测质测质量：用天平量：用天平测测出两小出两小车车的的质质量量2安装：将打点安装：将打点计时计时器固定在光滑器固定在光滑长长木板的一木板的一端，把端，把纸带纸带穿穿过过打点打点计时计时器，器，连连在小在小车车的后面，的后面，在两小在两小车车的碰撞端分的碰撞端分别别装上撞装上撞针针和橡皮泥和橡皮泥3实验实验：
6、接通：接通电电源源,让让小小车车A运运动动,小小车车B静止，静止，两两车车碰撞碰撞时时撞撞针针插入橡皮泥中，把两小插入橡皮泥中，把两小车连车连接成接成一体运一体运动动2021/8/11 星期三82021/8/11 星期三9方方案案四四：利利用用等等大大小小球球做做平平抛抛运运动动完完成成一一维维碰碰撞撞实实验验1先用天平先用天平测测出小球出小球质质量量m1、m2.图图14212按按图图1421所所示示那那样样安安装装好好实实验验装装置置，将将斜斜槽槽固固定定在在桌桌边边，使使槽槽的的末末端端点点切切线线水水平平，调调节节实实验验装装置置使使两两小小球球碰碰时时处处于于同同一一水水平平高高度度，
7、且且碰碰撞撞瞬瞬间间，入入射射小小球球与与被被碰碰小小球球的的球球心心连连线线与与轨轨道道末末端端的的切切线线平行，以确保正碰后的速度方向水平平行，以确保正碰后的速度方向水平2021/8/11 星期三103在地上在地上铺铺一一张张白白纸纸，在白，在白纸纸上上铺铺放复写放复写纸纸4在白在白纸纸上上记记下重垂下重垂线线所指的位置所指的位置O，它表示入，它表示入射小球射小球m1碰前的位置碰前的位置5先不放被碰小球，先不放被碰小球，让让入射小球从斜槽上同一高入射小球从斜槽上同一高度度处滚处滚下，重复下，重复10次，用次，用圆规圆规画尽可能小的画尽可能小的圆圆把把所有的小球落点圈在里面，所有的小球落点圈
8、在里面，圆圆心就是入射球心就是入射球发发生生碰撞前的落地点碰撞前的落地点P.2021/8/11 星期三116把被碰小球放在斜槽末端把被碰小球放在斜槽末端边缘处边缘处，让让入射小球入射小球从同一高度从同一高度滚滚下，使它下，使它发发生正碰，重复生正碰，重复10次，仿次，仿步步骤骤5求出入射小球落地点的平均位置求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小和被碰小球落地点的平均位置球落地点的平均位置N.7过过O和和N在在纸纸上作一直上作一直线线8用刻度尺量出用刻度尺量出线线段段OM、OP、ON的的长长度把度把两小球的两小球的质质量和相量和相应应的数的数值值代入代入m1OPm1OMm2ON，看是否成立，看是
9、否成立9整理整理实验实验器材放回原器材放回原处处2021/8/11 星期三12二、数据二、数据处处理理1无无论论用什么方法都要用天平用什么方法都要用天平测测出两物体的出两物体的质质量量2在不同的方案中求出物体作用前后的速度或用在不同的方案中求出物体作用前后的速度或用等效的物理量表示出来等效的物理量表示出来3最后求出作用前后的最后求出作用前后的总动总动量，然后量，然后验证动验证动量是量是否守恒否守恒2021/8/11 星期三13三、三、误误差分析差分析1系系统误统误差：主要来源于装置本身是否符合要差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：求，即：(1)碰撞是否碰撞是否为为一一维维碰撞碰撞(2)实验
10、实验是否是否满满足足动动量守恒的条件，如气量守恒的条件，如气垫导轨垫导轨是否水平，两球是否等大，是否水平，两球是否等大，长长木板木板实验实验是否平是否平衡掉摩擦力衡掉摩擦力2偶然偶然误误差：主要来源于差：主要来源于质质量量m和速度和速度v的的测测量量2021/8/11 星期三14四、注意事四、注意事项项1前提条件：碰撞的两物体前提条件：碰撞的两物体应应保保证证“水平水平”和和“正正碰碰”2方案提醒：方案提醒：(1)若利用气若利用气垫导轨进垫导轨进行行实验实验，调调整气整气垫导轨时垫导轨时，注意利用水平，注意利用水平仪仪确保确保导轨导轨水平水平(2)若利用若利用摆摆球球进进行行实验实验，两小球静
11、放，两小球静放时时球心球心应应在在同一水平同一水平线线上，且上，且刚刚好接触，好接触，摆线竖摆线竖直，将小球直，将小球拉起后，两条拉起后，两条摆线应摆线应在同一在同一竖竖直面内直面内(3)若利用若利用长长木板木板进进行行实验实验，可在，可在长长木板下木板下垫垫一小一小木片用以平衡摩擦力木片用以平衡摩擦力2021/8/11 星期三15(4)若利用斜槽小球碰撞若利用斜槽小球碰撞应应注意：注意：斜槽末端的切斜槽末端的切线线必必须须水平水平把被碰小球放在斜槽末端把被碰小球放在斜槽末端边缘处边缘处入射小球每次都必入射小球每次都必须须从斜槽同一高度由静止从斜槽同一高度由静止释释放放选质选质量量较较大的小球
12、作大的小球作为为入射小球入射小球实验过实验过程中程中实验实验桌、斜槽、桌、斜槽、记录记录的白的白纸纸的位置的位置要始要始终终保持不保持不变变3探究探究结论结论：寻寻找的不找的不变变量必量必须须在各种碰撞情况在各种碰撞情况下都不改下都不改变变2021/8/11 星期三16某同学在探究物体某同学在探究物体弹弹性碰性碰撞的特点撞的特点时时，先提出了如下假，先提出了如下假设设：两个物体碰撞前后各自的两个物体碰撞前后各自的质质量量与自己的速度的乘与自己的速度的乘积积之和是不之和是不变变的；的；两个物体碰撞前后各自的两个物体碰撞前后各自的质质量与自己速度的二次方的乘量与自己速度的二次方的乘积积之和是不之和
13、是不变变的的.为为了了验证这验证这个假个假设设,该该同学同学设计设计了如了如图图1422所示所示的的实验实验装置装置实验典例精析实验典例精析题型一题型一探究实验探究实验例例例例1 1图图14222021/8/11 星期三17先先将将弹弹性性小小球球a从从斜斜槽槽轨轨道道上上某某固固定定点点处处由由静静止止开开始始滚滚下下，在在水水平平地地面面上上的的记记录录纸纸上上留留下下压压痕痕，重重复复10次次；再再把把同同样样尺尺寸寸大大小小的的弹弹性性小小球球b放放在在斜斜槽槽轨轨道道末末端端水水平平段段的的最最右右端端附附近近静静止止，让让小小球球a仍仍从从原原固固定定点点由由静静止止开开始始滚滚下
14、下,和和小小球球b相相碰碰后后，两两小小球分球分别别落在落在记录纸记录纸的不同位置的不同位置处处,重复重复10次次(1)在安装斜槽在安装斜槽轨轨道道时时，要注意，要注意_选选择择弹弹性性小小球球a、b时时，小小球球a、b的的质质量量ma、mb应应该该满满足足关关系系：ma_mb(填填“”、“”或或“mb.只有只有这样这样才能防止入才能防止入射的小球反射的小球反弹弹回去回去(2)为为了求出了求出动动量之量之间间的关系，需要知道两球的的关系，需要知道两球的质质量及它量及它们们的水平速度，而由于平抛运的水平速度，而由于平抛运动动的的竖竖直直方向高度相同，小球在空中方向高度相同，小球在空中飞飞行的行的
15、时间时间相同，故相同，故可可测测量它量它们们水平方向的距离来比水平方向的距离来比较较速度的大小速度的大小答案答案为为B、E.2021/8/11 星期三212021/8/11 星期三22如如图图1424所所示示，气气垫垫导导轨轨是是常常用用的的一一种种实实验验仪仪器器，它它是是利利用用气气泵泵使使带带孔孔的的导导轨轨与与滑滑块块之之间间形形成成气气垫垫，使使滑滑块块悬悬浮浮在在导导轨轨上上,滑滑块块在在导导轨轨上上的的运运动动可可视视为为没没有有摩摩擦擦我我们们可可以以用用带带竖竖直直挡挡板板C和和D的的气气垫垫导导轨轨以以及及滑滑块块A和和B来来探探究究碰碰撞撞中中的的不不变变量量，实实验验装
16、装置置如如图图所所示示(弹弹簧簧的的长长度度忽忽略略不不计计)，采采用用的的实实验验步步骤骤如下：如下：题型二题型二创新实验设计创新实验设计例例例例2 2图图14242021/8/11 星期三23a用天平分用天平分别测别测出滑出滑块块A、B的的质质量量mA、mB.b调调整气整气垫导轨垫导轨，使，使导轨处导轨处于水平于水平c在在A和和B间间放放入入一一个个被被压压缩缩的的轻轻弹弹簧簧，用用电电动动卡卡销锁销锁定，静止放置在气定，静止放置在气垫导轨垫导轨上上d用刻度尺用刻度尺测测出出A的左端至的左端至C板的距离板的距离L1.e按按下下电电钮钮放放开开卡卡销销,同同时时使使分分别别记记录录滑滑块块A
17、、B运运动动时时间间的的计计时时器器开开始始工工作作当当A、B滑滑块块分分别别碰碰撞撞C、D挡挡板板时时停停止止计计时时，记记下下A、B分分别别到到达达C、D的运的运动时间动时间t1 和和t2.2021/8/11 星期三24(1)实验实验中中还应测还应测量的物理量是量的物理量是_(2)利用上述利用上述测测量的量的实验实验数据，得出关系式数据，得出关系式_成立，即可得出碰撞中守恒的量是成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的的矢量和，上式中算得的A、B两滑两滑块块的的动动量大量大小并不完全相等，小并不完全相等，产产生生误误差的原因是差的原因是_(3)利用上述利用上述实验实验数据能否数据能否测测出被出被压缩弹压缩弹簧的簧的弹弹性性势势能的大小？如能，能的大小？如能，请请写出表达式写出表达式2021/8/11 星期三252021/8/11 星期三26【答案答案】见解析见解析2021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28