2013届湖南人教版学海导航新课标高中总复习(第1轮)物理：第13章_第5讲_实验：验证动量守恒定律

1．一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞．2．追寻不变量在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2.规定某一速度方向为正．11221122222112212212121212mmvmvmvmvmvmvmvmvvvvvmmmm碰撞前后速度的变化和物体的质量的关系，可以做如下猜测：①＋＝＋②＋＝＋③＋＝＋碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．3.在新教材中以气垫导轨为载体，要注意这个新变化．这类问题可结合光电门，打点计时器进行考查．1．实验条件的保证、实验数据的测量①实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动；②用天平测量物体的质量；③测量两个物体在碰撞前后的速度．可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件．图13512．实验方案用小车研究碰撞将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面．让小车A运动，小车B静止．在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个小车连接成一体(如图1351)．通过纸带测出它们碰撞前后的速度．例1：某同学利用打点计时器和气垫导轨做探究碰撞中的守恒量的实验．气垫导轨装置如图13－5－2(a)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孔，导轨空腔内不断通入的压缩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．图13－5－2(1)下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③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，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；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；⑥先__________，然后__________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图13－5－2(b)所示；⑧测得滑块1(包括撞针)的质量310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.试完善实验步骤⑥的内容．(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为__________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为__________kg·m/s(保留三位有效数字)．22112222112212121212____________________.____________________.3______42_____mvmvmvmvvvmmvvmm计算碰撞前＋＝；碰撞后＋＝计算碰撞前＋＝；碰撞后＋＝通过以上计算可知，碰撞中的守恒量应是．试说明中两结果不完全相等的主要原因是．解析:作用前系统的总动量为滑块1的动量p1＝m1v1.v1＝(0.2/0.1)m/s＝2m/s，p1＝(0.31×2)kg·m/s＝0.620kg·m/s.作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v＝(0.168/0.14)m/s＝1.2m/s，p2＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/s.221122221122121212121.240.7326.458.7312mvmvmvmvvvmmvvmm碰撞中的守恒量应是滑＋＝＋＝＋＝＋＝通过以上块、碰撞前后的动计算可知，量总和．答案：(1)接通打点计时器的电源，放开滑块1；(2)0.620,0.618；1.24,0.732；6.45,8.73；(3)滑块1、2碰撞前后的动量总和；(4)纸带与打点计时器限位孔有摩擦．方法点拨：本实验的难点是速度的计算，计算时要注意单位和有效数字．数据验证完毕要注意对数据评估分析，找到误差形成的原因．变式训练1：物理探究小组的同学，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相碰并粘合在一起，继续做匀速运动，装置如图1353甲所示，在小车A后面连着纸带，打点计时器电源的频率为50Hz，长木板下垫小木片用以平衡摩擦力．图1353(1)若已得到打点纸带如图1353乙所示，并测得各计数点间距标在图上，则应选____段来计算A车碰撞前的速度；应选____段来计算A、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mA＝0.40kg，小车B的质量为mB＝0.20kg，由以上测得结果可得：碰前总动量＝______kg·m/s；碰后动量＝____kg·m/s.解析：(1)由纸带可知，BC段点迹均匀且间隔较大，表明匀速运动的速度较大，DE段点迹均匀，但间隔较小表明匀速运动的速度较小．所以应选BC、DE段．(2)由纸带上的数据计算出碰撞前后的速度大小，即可得到答案．答案：BC；DE；0.420；0.417.例2：如图1354所示，在实验室中用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做验证动量守恒定律的实验，实验步骤如下：(1)把两滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平压缩状态．图1354(2)按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A、B与挡板C、D碰撞同时，电子计时器同时停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值．请回答下列问题：(1)在调整气垫导轨时应注意__________；(2)应测量的数据还有__________；(3)只要满足关系式__________成立，即可说明碰撞中动量守恒．121212 :123()ACLBDLLLMmMtt【答案】调整导轨使之水平左端至端的距离，右端至的距离＋＝