高中物理第1章动量守恒研究第3讲实验探究动量是否守恒学案鲁科版选修3_5

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1、第3讲　实验探究动量是否守恒实验目的：探究物体碰撞前后两物体组成的系统总动量的关系．实验器材：气垫导轨、滑块(3块)、弹片、天平、光电门、数字毫秒计．实验过程：实验一：实验装置如图1所示，用天平称出两质量相等的滑块，装上相同的挡光板，放在气垫导轨的中部．两滑块靠在一起，用细线拴住后中间压入弹片，处于静止状态．烧断细线，两滑块被弹开并朝相反的方向通过光电门，记录挡光板通过光电门的时间，由v＝计算滑块的速度，求出两滑块的总动量p＝mv1－mv2.图1计算p的值，并与分开前的总动量比较得出结论．实验二：增加其中一个滑块的质量，使其质量是另一侧的2倍，重

2、复实验一的操作，求出两侧滑块的总动量p＝mv1－2mv2.计算p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论．实验三：把气垫导轨的一半覆盖上牛皮纸，并用胶带固定后，用两块质量相等的滑块，重复实验一的操作，求出两滑块的总动量p＝mv1－mv2.计算p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论．结论：(1)在光滑气垫导轨上无论两滑块质量是否相等，它们被弹开前的总动量为零，弹开后的总动量也为零．(2)两滑块构成的系统受到牛皮纸的摩擦力(外力)后，两滑块相互作用后的总动量不为零，即碰撞前后的总动量发生了变化．温馨提示　要探究两物体碰撞前后总动量是否守恒，需要测出相

3、互作用前两物体的总动量和相互作用后两物体的总动量．要测动量，需要测出两个物体的质量，质量可以利用天平测量，还要测出相互作用前后两物体运动的速度，速度可以在气垫导轨上利用光电门和数字毫秒计计时测量．例1　现利用图2(a)所示的装置验证动量守恒定律．在图2(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．图2实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝

4、1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图2(b)所示．若实验允许的相对误差绝对值(

5、

6、×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．答案　见解析解析　滑块运动的瞬时速度大小v为v＝①式中Δs为滑块在时间Δt内走过的路程．设纸带上打出相邻两点的时间间隔为T，则T＝＝0.02s②设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0、v1，则由图给实验数据代入①式可

7、得：v0＝m/s＝2.00m/s③v1＝m/s＝0.970m/s④设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝⑤代入题中所给的数据可得：v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δγ＝

8、

9、×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，可得：δγ＝1.7%<5%⑩因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．例2　某同学利用气垫导轨探究两物体作用前后动量是否守恒，气垫导轨装置如图3所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．图3

10、(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接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块

11、1(包括撞针)的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200g；(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A.________________________________________________，B．__________________________.②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们能否得出两物体相互作用前后总动量是守恒的？答案　(2)①A

12、.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差B．保证两个滑块的碰撞是一维的②0.50　0.10　0.60③能解析　①A.大大减小了因滑