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1、课标版物理第4讲 实验_验证动量守恒定律[实验目的]1.验证一维碰撞中的动量守恒。2.探究一维弹性碰撞的特点。[实验原理]在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前、后两物体的速度v1、v2及v1'、v2',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前、后动量是否守恒。[实验器材]方案一 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。教材研读方案二 带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。方案三 光滑长木板、
2、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。方案四 斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。[实验步骤]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。方案二 利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平分别测出两小球的质量m1、m2。(2)
3、安装:把两个大小相等的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。方案三 在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平分别测出两小车的质量。(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
4、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继续向前运动。(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。方案四 利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验(1)先用天平测出小球质量m1、m2。(2)按图中那样安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上,调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度,且碰撞瞬间,入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。
5、(3)在地面上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸。(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球m1碰前的位置。(5)先不放被碰小球,让入射球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心就是入射小球不碰撞时的落地点P。(6)把被碰小球放在小支柱上,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿步骤5找出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。(7)过O、N在纸上作一直线,取=2r,O'就是被碰小球碰撞时的球心投影位置(用刻度尺和三角板测小球直径2r)。(8)用刻度尺量出
6、线段、、的长度,把两小球的质量和长度数值代入m1=m1+m2看是否成立。[数据处理](1)速度的测量方案一 滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门的时间。方案二 摆球速度的测量:v=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。方案三 小车速度的测量:v=,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δt为小车经过Δx距离的时间,可由打点间隔算出。(2)验证的表达式m1v1+m2v2=m1v1
7、'+m2v2'。方案四 验证的表达式m1=m1+m2[注意事项]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,且两球刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内。(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)若利用斜槽进行小球碰撞应注意: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上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
8、验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。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。[误差分析]1.系统误差主要来源于装置本身(是否符合要求)。(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
