實驗--驗證動量守恒定律

1、實驗十四驗證動量守恒定律實驗十四驗證動量守恒定律 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 實驗分析與導(dǎo)引實驗分析與導(dǎo)引 一、設(shè)計實驗一、設(shè)計實驗 【實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康摹?驗證一維碰撞中的動量守恒驗證一維碰撞中的動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【實驗原理實驗原理】 在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰和碰 撞前后物體的速度撞前后物體的速度v、v，找出碰撞前，找出碰撞前 的動量的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量及碰撞后的動量 pm1v1m2v2，看碰撞前后動，看碰撞前后動 量是否守恒量是否守恒 欄

2、目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【實驗器材實驗器材】 方案一：氣墊導(dǎo)軌，滑塊，天平，彈性方案一：氣墊導(dǎo)軌，滑塊，天平，彈性 圈，粘扣，擋光片，光電門，物理實驗圈，粘扣，擋光片，光電門，物理實驗 微機輔助教學(xué)系統(tǒng)微機輔助教學(xué)系統(tǒng) 方案二：重垂線一條，大小相等、質(zhì)量方案二：重垂線一條，大小相等、質(zhì)量 不同的小球兩個，斜槽，白紙，復(fù)寫不同的小球兩個，斜槽，白紙，復(fù)寫 紙，刻度尺，天平一臺，圓規(guī)一個紙，刻度尺，天平一臺，圓規(guī)一個 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【實驗步驟實驗步驟】 方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實方案一：利用氣墊

3、導(dǎo)軌完成一維碰撞實 驗驗 1測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量 2安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌(如圖如圖 1221所示所示) 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 圖圖1221 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 3實驗：接通電源，利用配套的光電實驗：接通電源，利用配套的光電 計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前 后的速度后的速度(改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的質(zhì)量；改變改變 滑塊的初速度大小和方向滑塊的初速度大小和方向) 4驗證：一維碰撞中的動量守恒驗證：一維碰撞中

4、的動量守恒 方案二：利用斜槽完成一維碰撞實驗方案二：利用斜槽完成一維碰撞實驗 1先用天平測出小球質(zhì)量先用天平測出小球質(zhì)量m1、m2. 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 2按如圖按如圖1222所示安裝好實驗裝所示安裝好實驗裝 置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端切置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端切 線水平線水平 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 圖圖1222 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 3在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫 紙，在白紙上記下重垂線所指的位置紙，在白

5、紙上記下重垂線所指的位置O. 4先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上先不放被碰小球，讓入射球從斜槽上 某一高度處滾下，重復(fù)某一高度處滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡次，用圓規(guī)畫盡 可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，可能小的圓把所有的小球落點圈在里面， 圓心就是入射球不碰時的落地點圓心就是入射球不碰時的落地點P. 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 5把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，把被碰小球放在斜槽前端邊緣處， 讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā) 生正碰，重復(fù)生正碰，重復(fù)10次，依照步驟次，依照步驟4求出入求出入 射小球落點的平均位置射

6、小球落點的平均位置M和被碰小球落和被碰小球落 點的平均位置點的平均位置N.過過O、N在紙上作一直在紙上作一直 線線 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 圖圖1223 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 三、注意事項三、注意事項 1前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“ 水平水平”和和“正碰正碰” 2若利用若利用

7、“氣墊導(dǎo)軌氣墊導(dǎo)軌”完成實驗，調(diào)完成實驗，調(diào) 整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo) 軌水平軌水平 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 若用若用“斜槽斜槽”完成實驗，斜槽末端的切完成實驗，斜槽末端的切 線必須水平，入射小球每次都必須從斜線必須水平，入射小球每次都必須從斜 槽同一高度由靜止釋放槽同一高度由靜止釋放 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 四、誤差分析四、誤差分析 1系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是 否符合要求，即：否符合要求，即： (1)碰撞是否為一維碰撞碰撞是否

8、為一維碰撞 (2)實驗是否滿足動量守恒的條件：如實驗是否滿足動量守恒的條件：如 氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 2偶然誤差：主要來源于質(zhì)量偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速和速 度度v的測量的測量 3改進措施：改進措施：(1)設(shè)計方案時應(yīng)保證碰設(shè)計方案時應(yīng)保證碰 撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的 條件條件 (2)采取多次測量求平均值的方法減小采取多次測量求平均值的方法減小 偶然誤差偶然誤差 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 一、基本

9、實驗原理及操作一、基本實驗原理及操作 如圖如圖1224所示為所示為“驗證動量驗證動量 守恒定律守恒定律”實驗裝置示意圖實驗裝置示意圖 圖圖1224 典例透析與示范典例透析與示范 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 (1)入射小球入射小球1與被碰小球與被碰小球2直徑相同，直徑相同， 它們的質(zhì)量相比較，應(yīng)是它們的質(zhì)量相比較，應(yīng)是 m1_m2. (2)為了保證小球做平拋運動，必須調(diào)為了保證小球做平拋運動，必須調(diào) 整斜槽使整斜槽使_ (3)實驗步驟如下：實驗步驟如下： A在地面上依次鋪白紙和復(fù)寫紙在地面上依次鋪白紙和復(fù)寫紙 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動

10、量守恒碰撞與動量守恒 B確定重錘對應(yīng)點確定重錘對應(yīng)點O. C不放球不放球2，讓球，讓球1從槽從槽M點滾下，確點滾下，確 定它的落地點定它的落地點P. D把球把球2放在立柱上，讓球放在立柱上，讓球1從斜槽從斜槽M 點滾下，與球點滾下，與球2正碰后，確定它們落地正碰后，確定它們落地 位置位置L1、L2. E量出量出OL1、OP、OL2的長度的長度 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守

11、恒碰撞與動量守恒 【答案答案】(1)(2)斜槽末端切線水平斜槽末端切線水平 (3)見解析見解析 【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】掌握該實驗的操作要領(lǐng)掌握該實驗的操作要領(lǐng) 和注意事項是解決問題的關(guān)鍵和注意事項是解決問題的關(guān)鍵 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 二、實驗數(shù)據(jù)的處理二、實驗數(shù)據(jù)的處理 氣墊導(dǎo)軌氣墊導(dǎo)軌(如圖如圖1225甲甲)工工 作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出， 在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一 層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表 面直接接觸，大大減小了滑塊運動時面直接

12、接觸，大大減小了滑塊運動時 的阻力為了驗證動量守恒定律，在的阻力為了驗證動量守恒定律，在 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個質(zhì)量均為a的的 滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點 計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所 用電源的頻率均為用電源的頻率均為b.氣墊導(dǎo)軌正常工作氣墊導(dǎo)軌正常工作 后，接通兩個打點計時器的電源，并讓后，接通兩個打點計時器的電源，并讓 兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊 相碰后粘在一起繼續(xù)運動圖

13、乙為某次相碰后粘在一起繼續(xù)運動圖乙為某次 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 實驗打出的點跡清晰的紙帶的一部分，實驗打出的點跡清晰的紙帶的一部分， 在紙帶上以同間距的在紙帶上以同間距的6個連續(xù)點為一段個連續(xù)點為一段 劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、 s2和和s3.若題中各物理量的單位均為國際若題中各物理量的單位均為國際 單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小 分別為分別為_、_，兩滑塊的，兩滑塊的 總動量大小為總動量大小為_；碰撞后兩；碰撞后兩 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守

14、恒碰撞與動量守恒 滑塊的總動量大小為滑塊的總動量大小為_重復(fù)重復(fù) 上述實驗，多做幾次若碰撞前、后上述實驗，多做幾次若碰撞前、后 兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范 圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗圍內(nèi)相等，則動量守恒定律得到驗 證證 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 圖圖1225 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【解析解析】動量動量pmv，根據(jù)，根據(jù)vs/(5t) 可知兩滑塊碰前的速度分別為可知兩滑塊碰前的速度分別為v1 0.2s1b、v20.2s3b，則碰前動量分別為，則碰前動量分別為 0.2a

15、bs1和和0.2abs3，總動量大小為，總動量大小為av1 av20.2ab(s1s3)；碰撞后兩滑塊的總；碰撞后兩滑塊的總 動量大小為動量大小為2av2as2/(5t)0.4abs2. 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【答案答案】0.2abs30.2abs10.2ab(s1 s3)0.4abs2(第第1、2空答案可互換空答案可互換) 【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】本實驗是另一種驗證動本實驗是另一種驗證動 量守恒的方法，數(shù)據(jù)記錄是借助紙帶，量守恒的方法，數(shù)據(jù)記錄是借助紙帶， 正確掌握利用紙帶求瞬時速度的方法是正確掌握利用紙帶求瞬時速度的方法是 解題的前提解題的前提 欄

16、目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 三、創(chuàng)新實驗三、創(chuàng)新實驗 某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時 器驗證動量守恒定律的實驗：在小車器驗證動量守恒定律的實驗：在小車 A的前端粘有橡皮泥，推動小車的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之使之 做勻速運動然后與原來靜止在前方做勻速運動然后與原來靜止在前方 的小車的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做相碰并粘合成一體，繼續(xù)做 勻速運動他設(shè)計的具體裝置如圖勻速運動他設(shè)計的具體裝置如圖12 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 26甲所示在小車甲所示在小車A后連著紙帶，后連著紙帶， 電磁打點計

17、時器電源頻率為電磁打點計時器電源頻率為50 Hz，長，長 木板右端下面墊放小木塊用以平衡摩木板右端下面墊放小木塊用以平衡摩 擦力擦力 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 圖圖1226 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 (1)若已知打出的紙帶如圖乙所示，并若已知打出的紙帶如圖乙所示，并 測得各計數(shù)點間距已標(biāo)在圖上測得各計數(shù)點間距已標(biāo)在圖上A為運為運 動起始的第一點，則應(yīng)選動起始的第一點，則應(yīng)選_段來計段來計 算算A的碰前速度，應(yīng)選的碰前速度，應(yīng)選_段來計段來計 算算A和和B碰后的共同速度碰后的共同速度(以上兩空選以上兩空選 填填“

18、AB”或或“BC”或或“CD”或或“DE”) 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 (2)已測得小車已測得小車A的質(zhì)量的質(zhì)量m10.40 kg，小，小 車車B的質(zhì)量的質(zhì)量m20.20 kg，由以上測量結(jié)，由以上測量結(jié) 果可得：碰前總動量果可得：碰前總動量 _kgm/s.碰后總動量碰后總動量 _kgm/s. 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 【解析解析】(1)從分析紙帶上打點情況看，從分析紙帶上打點情況看， BC段既表示小車做勻速運動，又表示小車段既表示小車做勻速運動，又表示小車 有較大速度，因此有較大速度，因此BC段能較準(zhǔn)確地描述

19、小段能較準(zhǔn)確地描述小 車車A在碰撞前的運動情況，應(yīng)選用在碰撞前的運動情況，應(yīng)選用BC段計段計 算算A的碰前速度從的碰前速度從CD段打點情況看，小段打點情況看，小 車的運動情況還沒穩(wěn)定，而在車的運動情況還沒穩(wěn)定，而在DE段內(nèi)小車段內(nèi)小車 運動穩(wěn)定，故應(yīng)選用運動穩(wěn)定，故應(yīng)選用DE段來計算碰后段來計算碰后A和和 B的共同速度的共同速度 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 0.695 m/s，碰撞后，碰撞后A、B的總動量：的總動量： p(m1m2)v共 共 (0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s. 【答案答案】(1)BCDE (2)0.4200.417 欄目欄目 導(dǎo)引導(dǎo)引 第十二章第十二章 碰撞與動量守恒碰撞與動量守恒 知能優(yōu)化演練：知能優(yōu)化演練：3(單選單選) A、B兩滑塊在一水平長直氣墊兩滑塊在一水平長直氣墊 導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相機在導(dǎo)軌上相碰，用閃光照相機在t00，t1t，t22t，t3 3t各時刻閃光四次，攝得如圖各時刻閃光四次，攝得如圖1228所示照片，其所