实验七验证动量守恒定律实验解读·核心突破(分类研习·拓展提升类型一常规实验[例1]某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气垫导轨装置如图1所示,(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把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;(●注意事项1.碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”.2.利用“气垫导轨”完成实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平.3.完成该实验的方案有若干,可验证一维的弹性碰撞、非弹性碰撞(完全非弹性碰撞),其原理均为测出物体作用前、后的动量,可探究各类碰撞的特点.●误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,即(1)碰撞是否为一维碰撞.(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平.2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量.3.改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞,且尽量满足动量守恒的条件.(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差.④滑块1(装有撞针)挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑤把滑块2(装有橡皮泥)放在气垫导轨的中间;⑥先,然后,让滑块带动纸带一起运动;⑦取下纸带,重复步骤④⑤⑥,选出较理想的纸带如图2所示;⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.试完善实验步骤⑥的内容.(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点,计算可知,两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为kg·m/s;两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为kg·m/s(保留三位有效数字).(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是.解析:(1)⑥应先接通打点计时器电源,然后再放开滑块,让滑块带动纸带一起运动.(2)放开滑块1后,滑块1做匀速运动,跟滑块2发生碰撞后跟滑块2一起做匀速运动,根据纸带的数据,碰撞前滑块1的动量p1=m1v1=0.310×kg·m/s=0.620kg·m/s,滑块2的动量为零,所以碰撞前的总动量为0.620kg·m/s;碰撞后滑块1,2速度相等,所以碰撞后总动量p2=(m1+m2)v2=(0.310+0.205)×kg·m/s=0.618kg·m/s.(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用.答案:(1)接通电源放开滑块(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用[例2](2109·山东潍坊期中)某同学用如图1所示实验装置验证碰撞中的动量守恒.将斜槽固定在水平桌面上,让入射球1从斜槽上某点A由静止释放,记录球在地面的落点;在斜槽末端放上被碰球2再次让球1从斜槽上A点由静止释放,记录球1和球2的落点.重复上述过程10次,用尽可能小的圆将10个落点圈在一起,圆心M,P,N代表落点的平均位置,斜槽末端在水平地面的竖直投影为O,用毫米刻度尺测量小球的水平位移,如图2所示.(1)为完成实验,下列操作必须的是.A.斜槽末端切线方向保持水平B.入射球1的质量小于被碰球2的质量C.实验中入射小球从同一位置由静止释放D.测出斜槽末端到地面的高度h,计算球的速度(2)未放被碰球时,由刻度尺读出入射球抛出的水平位移为cm.(3)测得球1和球2的质量分别为m1和m2,小球的水平位移分别为sOM,sON,sOP,若关系式成立(用所测物理量符号表示),则可验证碰撞过程动量守恒.解析:(1)要保证每次小球都做平抛运动,则斜槽末端必须保持水平,故A正确;为了使小球碰后不被反弹,要求入射球1的质量大于被碰球2的质量,故B错误;要保证碰撞前的速度相同,所以入射球每次都要从同一高度由静止释放,故C正确;本实验中两小球落地时间相同,故不需要测量高度h来计算下落时间,故D错误.(2)未放被碰球时的落点为P点,该落点的读数为25.55cm.(3)小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度相等,小球的运动时间t相等,如果碰撞过程动量守恒,则m1v1=m1v1′+m2v2′,两边同时乘以时间t得m1v1t=m1v1′t+m2v2′t,即m1sOP=m1sOM+m2sON,故实验需要验证的表达式为m1sOP=m1sOM+m2sON.答案:(1)AC(2)25.55(25.52～25.57均可)(3)m1sOP=m1sOM+m2sON题组训练1.如图(甲)所示是气垫导轨上的两个滑块的照片,导轨中间是滑块A,质量mA=0.20kg,右边是滑块B,质量mB=0.30kg.图(乙)是滑块B向左运动中与滑块A...
