高三物理驗證動量守恒定律

一、實驗目的

1.探究碰撞中的不變量。

2.探究一維彈性碰撞的特點。二、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的動量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動量p′=m1v1′+m2v2′，看碰撞前后動量是否守恒。

三、實驗器材方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二：帶細線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標紙、膠布等。方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥。學案2實驗:驗證動量守恒定律

四、實驗步驟方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出滑塊質量。

2.安裝：正確安裝好氣墊導軌。

3.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后的速度(①改變滑塊的質量。②改變滑塊的初速度大小和方向)。

4.探究碰撞中的不變量。方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出兩小球的質量m1、m2。

2.安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來。

3.實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。4.測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度。

5.改變條件：改變碰撞條件，重復實驗。

6.探究碰撞中的不變量。方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出兩小車的質量。

2.安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。

3.實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動。

4.測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v=ΔxΔt算出速度。

5.改變條件：改變碰撞條件、重復實驗。

6.探究碰撞中的不變量。

五、注意事項

1.前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。

2.方案提醒：(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調(diào)整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平。

(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直面內(nèi)。

(3)探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。

六、誤差分析

1.系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：

(1)碰撞是否為一維碰撞。

(2)實驗是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗是否平衡掉摩擦力。

2.偶然誤差：主要來源于質量m和速度v的測量。

3.改進措施：(1)設計方案時應保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件。

(2)采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差?！纠?】某同學設計了一個用打點計時器做“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A使之做勻速運動，然后與原來靜止的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動。他設計的具體裝置如圖3.5-2-1所示，在小車后連接著紙帶，電磁打點計時器使用的電源頻率為50Hz，長木板墊著小木片以平衡摩擦力。

(1)若已得到打點紙帶如圖3.5-2-2所示，并測得各計數(shù)點間距(標在圖上)。

A為運動起點，則應該選擇____段來計算A碰前的速度，應選擇____

段來計算A和B碰后的共同速度。(以上空格選填“AB”“BC”“CD”“DE”)。

(2)已測得小車A的質量m1=0.40kg，小車B的質量m2=0.20kg，由以上測量結果可得碰前m1v0=_______kg·m/s；碰后(m1+m2)v共=_______kg·m/s。由此得出結論________________________________________________。圖3.5-2-1圖3.5-2-2熱點一實驗原理的考查BCDE0.4200.417在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中mv的矢量和是守恒的【解析】(1)分析紙帶上的點跡可以看出，BC段既表示小車做勻速運動，又表示小車具有較大的速度，故BC段能準確地描述小車A碰前的運動情況，應當選擇BC段計算小車A碰前的速度，而DE內(nèi)小車運動穩(wěn)定，故應選擇DE段計算碰后A和B的共同速度。

(2)小車A碰撞前的速度

m/s=1.050m/s

小車A在碰撞前：

mAv0=0.40×1.050kg·m/s=0.420kg·m/s

碰后A和B的共同速度

m/s=0.695m/s

碰撞后A和B：

(m1+m2)v共=(0.20+0.40)×0.695kg·m/s=0.417kg·m/s

結論：在誤差許可的范圍內(nèi)，碰撞中mv的矢量和是守恒的?！纠?】氣墊導軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦。我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來探究碰撞中的不變量，實驗裝置如圖3.5-2-3所示(彈簧的長度忽略不計)，采用的實驗步驟如下：

a.用天平分別測出滑塊A、B的質量mA、mB。

b.調(diào)整氣墊導軌，使導軌處于水平。

c.在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止地放置在氣墊導軌上。

d.用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1。

e.按下電鈕放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作。當A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時停止計時，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2。

(1)實驗中還應測量的物理量是_________________________________________。

(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，得出關系式_____________成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因是_______________________________________________________________。

(3)利用上述實驗數(shù)據(jù)能否測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大?。咳缒?，請寫出表達式。熱點二實驗數(shù)據(jù)的處理圖3.5-2-3測量的物理量為B的右端至D板的距離L2不水平等造成誤差有測量時間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導軌【解析】(1)要測量B的速度必須要先測出B的位移和該位移所用時間，故還應測量的物理量為B的右端至D板的距離L2。

(2)因為碰撞之前兩物體都靜止即總動量為零，所以要得出守恒的量是mv的矢量和，需得到關系式。給驗證帶來誤差的原因有測量時間、距離等存在誤差，由于阻力、氣墊導軌不水平等造成誤差。

(3)根據(jù)能量守恒定律，A、B兩物體運動的動能來源于靜止時候壓縮彈簧的彈性勢能，故根據(jù)動能的總和可求彈簧的彈性勢能，即。；/聚星娛樂mqx93jop說：“嬸兒，俺是大壯，俺耿叔他們回來了啊！”大壯洪鐘般的聲音里明顯帶著顫音，屋子里的人都聽到了。耿老爹趕快打開門，顫著聲兒叫他：“壯子！”耿直一出溜就從爹的旁邊沖出來了，大聲喊著：“大壯哥！俺終于見到你了，俺好想你啊！”“小直子，俺的好兄弟！你們終于回來了??！哥也想你們哇！”還沒有抱在一起呢，倆人就都已經(jīng)流淚了！堂屋的門敞開著，耿英就站在桌子邊上?？粗鴥A心喜歡的人就在臺階下，但她的雙腳就好像被吸在地上了一樣，絲毫也挪動不得……她的大壯成熟多了，已經(jīng)不再是那個尚未成人的毛頭大小子，但他高大結實的身軀內(nèi)折射出來的，依然還是當年那誠懇厚道豪爽的可愛模樣！看著大壯和弟弟在臺階下緊緊相抱且猛烈顫抖著的肩膀，一貫堅強的耿英，再也忍不住洶涌而出的淚水……耿老爹、郭氏和耿蘭也都流淚了。尚武過來扶住耿英，含著眼淚說：“姐姐，我知道，你是太高興了！”耿老爹擦把眼淚，下臺階來拍拍倆人的肩膀，略帶哽咽地說：“進家里！娃兒們，進家里說話?！贝髩烟植涟蜒蹨I，哽咽著輕輕推著耿老爹說：“好，叔，你先走！”耿直挽著大壯的胳膊上臺階走進堂屋，看到尚武眼含熱淚扶著淚流滿面的姐姐站在桌子邊，就對大壯說：“大壯哥，這是和俺同齡的三弟，他叫李尚武！”又對尚武說：“三弟，你把咱姐交給大壯哥哇！”郭氏流著眼淚對耿直和尚武說：“武兒，小直子，送你們姐姐和大壯哥去東廂房里拉呱拉呱去哇，可憐的娃兒們?！惫⒂⒉涟褱I，長長地呼出一口氣，輕輕地說：“送什么呀，俺能走了。”耿直輕輕推一推他挽著的大壯的胳膊。大壯會意，從尚武手里接過來耿英那條仍然還在微微顫抖著的胳膊。耿英慢慢轉身，和大壯一起走進東廂房里。耿蘭馬上端進來一個茶盤，茶盤里面放著一壺熱茶，兩個茶杯。她把茶盤輕輕放在火炕一邊的小炕桌上，然后就悄悄地退出去了，并且隨手無聲地掩上屋門。大壯扶著耿英坐在炕沿邊上，耿英連頭也沒有抬，就無力地撲在大壯的懷里無聲地痛哭著……大壯的淚水，也無聲地滴落在耿英的身上……一刻，大壯輕