选修3-5 第一章 实验：验证动量守恒定律

选修3-5第一章动量守恒定律及其应用实验验证动量守恒定律1.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(①改变滑块的质量。②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。2.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。3.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。xt4.方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)按照如图所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。(3)白纸在下,复写纸在上，在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。(4)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。如图所示。(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入,看在误差允许的范围内是否成立。(7)整理好实验器材放回原处。(8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒。112mOPmOMmON实验时应注意的几个问题(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平面内。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若利用斜槽进行实验，入射球质量要大于被碰球质量，即：m1＞m2，防止碰后m1被反弹。(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。2.对实验误差的分析(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等。(2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。(3)减小误差的措施：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。例(2011·北京高考)如图，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。(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，测出平抛射程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，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′=______∶11。若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′=11∶________。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为__________。112ppp(5)有同学认为，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。【总结提升】利用斜槽小球碰撞验证动量守恒的注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平；(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；(3)选质量较大的小球作为入射小球；(4)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。【变式训练】(2013·潍坊模拟)某同学用如图所示装置来研究碰撞过程，第一次单独让小球a从斜槽某处由静止开始滚下。落地点为P，第二次让a从同一位置释放后与静止在斜槽末端的小球b发生碰撞。a、b球的落地点分别是M、N，各点与O的距离如图所示。该同学改变a的释放位置重复上述操作。由于某种原因他只测得了a球的落地点P′、M′到O的距离分别为22.0cm、10.0cm。求b球的落地点N′到O的距离。