1.4

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第一章動(dòng)量守恒定律

人教版（2019）選修第一冊(cè)1.能根據(jù)已有知識(shí)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。2.能合理地選擇實(shí)驗(yàn)器材，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。3.能撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用學(xué)過(guò)的物理術(shù)語(yǔ)、圖表等交流本實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程與結(jié)論。4.堅(jiān)持實(shí)事求是，在合作中既能堅(jiān)持觀點(diǎn)又能修正錯(cuò)誤觀點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)一、實(shí)驗(yàn)思路m1v'1+m2v'2=

m1v1+m2v2驗(yàn)證通常采用勻速運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等，借助于斜槽、氣墊導(dǎo)軌、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶等來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂刂茖?shí)驗(yàn)條件。讓兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)造條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0，滿足動(dòng)量守恒的條件。思考：滿足上述的過(guò)程有哪些？思考：在方案設(shè)計(jì)時(shí)，

⑴實(shí)驗(yàn)中所研究的系統(tǒng)由哪些物體組成的？

⑵怎樣創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0。

⑶需要測(cè)量哪些物理量呢？質(zhì)量、速度

天平

1.物理量：2.測(cè)量工具m2v2v2′m1v1v1′；質(zhì)量：

速度：①

數(shù)字計(jì)數(shù)器測(cè)速（光電門(mén)測(cè)速）②

平拋測(cè)速③

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速④

頻閃照片測(cè)速⑤

單擺測(cè)速d—遮光條寬度Δt—遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來(lái)確定待測(cè)物理量：

m1v'1+m2v'2=

m1v1+m2v2二、物理量的測(cè)量碰撞前碰撞后質(zhì)量m/kgm1m2m1m2

速度v/(m·s-1)v1v2v1'v2'

總動(dòng)量/(kg·m·s-1)

2.檢驗(yàn)關(guān)系式是否成立1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中，分別計(jì)算兩物體碰撞前后的總動(dòng)量。三、數(shù)據(jù)分析

m1v'1+m2v'2=

m1v1+m2v2情形2：運(yùn)動(dòng)滑塊A撞擊靜止滑塊B，撞后兩者粘在一起。情形3：兩靜止滑塊被彈簧彈開(kāi)，一個(gè)向左，一個(gè)向右

情形1：m1＞m2，

運(yùn)動(dòng)滑塊1撞擊靜止滑塊2。m1v=(m1+m2)v共1.原理

0=m1v1-m2v2m1v1=m1v1'+m2v2'實(shí)驗(yàn)方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒彈性碰撞架若兩個(gè)相同寬度的遮光片，則遮光片寬度可不測(cè)量2.實(shí)驗(yàn)器材

氣墊導(dǎo)軌（含氣泵）、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊兩個(gè)(帶擋光片)、彈簧片（或彈簧）、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。(1)用天平測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中，記錄下用游標(biāo)卡尺測(cè)出的擋光片的寬度d（可采用兩個(gè)相同寬度的遮光片）。

3.實(shí)驗(yàn)步驟（情形1為例）(2)氣墊導(dǎo)軌上安裝光電門(mén)，使兩個(gè)光電門(mén)之間的距離約為50cm。調(diào)節(jié)導(dǎo)軌下面的

調(diào)節(jié)旋鈕，直到水平儀中的氣泡位于中央，此時(shí)導(dǎo)軌水平。

(3)接通氣泵電源，向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣。(4)按照實(shí)驗(yàn)情形1，把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌中間，使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上

的橡皮筋后釋放滑塊1。(5)記錄滑塊1通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t1，碰后滑塊1和滑塊2依次通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間

t1'、t2'?；瑝K碰撞后分開(kāi)12結(jié)論:碰撞前兩滑塊的動(dòng)量之和等于碰撞后兩滑塊的動(dòng)量之和。4.數(shù)據(jù)處理⑵調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)要利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。

碰撞前碰撞后質(zhì)量m1m2m1m2

速度v1v2v1'v2'

總動(dòng)量

⑴氣墊導(dǎo)軌要防止劃傷,禁止在不通氣的情況下將滑塊在軌面上滑動(dòng)。思考：如果物體碰撞后的速度方向與原來(lái)的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？

在實(shí)驗(yàn)前規(guī)定正方向，若物體運(yùn)動(dòng)方向于規(guī)定正方向相反，則記錄為負(fù)值。【注意事項(xiàng)】例題1

利用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來(lái)探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì)），采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a.用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA，mB

b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平

c.在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷(xiāo)鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上

d.用刻度尺測(cè)出滑塊A的左端至擋板C的距離L1

e.按下電鈕放開(kāi)卡銷(xiāo)，同時(shí)使分別記錄滑塊A，B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作。當(dāng)A，B滑塊分別碰撞C，D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí)，記下滑塊A，B分別到達(dá)擋板C，D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2⑴實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是_________________________⑵利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出關(guān)系式__________________成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的和。上式中算得的A，B兩滑塊的mv大小不相等，產(chǎn)生誤差的原因是_____________________________________________。（至少說(shuō)三條）滑塊B的右端至D板的距離L2

偶然誤差：測(cè)量時(shí)間、距離、質(zhì)量等存在誤差；系統(tǒng)誤差：由于阻力、氣墊導(dǎo)軌不水平等造成誤差。視頻：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.原理12

如圖所示，質(zhì)量較大的小球從斜槽上固定位置滾下來(lái)，跟放在斜槽末端的另一質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞后都做平拋運(yùn)動(dòng)。

⑴兩小球的質(zhì)量m1、m2（

m1

>m2

）。

若在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)m1OP=

，就驗(yàn)證了小球組成的系統(tǒng)碰撞前后總動(dòng)量守恒。⑵不放被碰小球，入射小球落地時(shí)水平距離

OP。⑶入射小球與被碰小球碰撞后，落地時(shí)二者水平距離

OM和

ON。m1OM+m2ON實(shí)驗(yàn)方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒2.實(shí)驗(yàn)器材

斜槽、重垂線、大小相同而質(zhì)量不等的小球兩個(gè)、白紙、復(fù)寫(xiě)紙、刻度尺、圓規(guī)、三角板、天平。⑴用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?/p>

3.實(shí)驗(yàn)步驟

⑵按圖示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置。將斜槽固定在桌邊，使斜槽末端切線水平。如何判斷斜槽末端切線是否水平？⑶在水平地面上適當(dāng)位置鋪放白紙，再在白紙上面鋪放復(fù)寫(xiě)紙，然后在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球碰前的位置。⑷先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫(huà)盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心就是入射小球無(wú)碰撞時(shí)的落地點(diǎn)P。圓心即為小球平均落點(diǎn)⑸把被碰小球放在軌道末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)生正碰,重復(fù)10次，按照步驟(4)的方法找出入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N。

⑹連接ON，用刻度尺量出線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中。⑺整理實(shí)驗(yàn)器材。4.數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)次數(shù)m1/gm2/g0P/(cm)OM/(cm)ON/(cm)123

把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)位置的數(shù)值代入公式，看如下表達(dá)式在誤差允許范圍內(nèi)是否成立。

m1·OP=m1·OM+

m2·ON

結(jié)論:碰撞前兩小球的動(dòng)量之和等于碰撞后兩小球的動(dòng)量之和。(1)斜槽末端的切線必須水平?！咀⒁馐马?xiàng)】(2)兩小球要大小相同，選質(zhì)量較大的小球作為入射小球。(3)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。思考：有的斜槽軌道裝置，在軌道末端設(shè)置一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的小立柱，它起什么作用？視頻：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒例題2某同學(xué)在做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室具備的實(shí)驗(yàn)器材有：斜槽軌道，兩個(gè)大小相等、質(zhì)量不同的小鋼球A、B，刻度尺，白紙，圓規(guī)，重垂線一條。實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)中小球運(yùn)動(dòng)軌跡及落點(diǎn)平均位置如圖甲所示。AB⑵實(shí)驗(yàn)中若小球A的質(zhì)量為m1，小球B的質(zhì)量為m2，當(dāng)m1>m2時(shí)，實(shí)驗(yàn)中記下了O、M、P、N四個(gè)位置，若滿足____________________________（用m1、

m2、OM、OP、ON表示），則說(shuō)明碰撞中動(dòng)量守恒。

⑴對(duì)于實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)、測(cè)量器材和需測(cè)量的物理量，下列說(shuō)法中正確的（

）

A.實(shí)驗(yàn)前軌道的調(diào)節(jié)應(yīng)注意使槽的末端的切線水平B.實(shí)驗(yàn)中要保證每次A球從同一高處由靜止釋放C.實(shí)驗(yàn)中還缺少的測(cè)量器材有復(fù)寫(xiě)紙和秒表D.實(shí)驗(yàn)中需測(cè)量的物理量只有線段OP、OM和ON的長(zhǎng)度m1·OP=m1·OM+m2·ON⑶