高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 1.7 实验：探究动量守恒定律导学案 教科版选修3-5-教科版高二选修3-5物理学案VIP免费

7实验：探究动量守恒定律[目标定位]1.明确探究物体碰撞中动量变化规律的基本思路.2.掌握直线运动物体速度的测量方法.猜想与假设为了使问题简化，这里研究两个物体的碰撞，且碰撞前两物体沿同一直线运动，碰撞后仍沿这一直线运动．设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1′、v2′，如果速度与我们规定的正方向相同取正值，相反取负值．根据实验求出两物体碰前动量p＝m1v1＋m2v2，碰后动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看p与p′是否相等，从而验证动量守恒定律．实验设计实验设计需要考虑的问题：(1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上．(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度．实验案例气垫导轨上的实验气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等．气垫导轨装置如图1所示，由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示，图中气垫层的厚度放大了很多倍)，这样大大减小了由摩擦产生的影响．图1图2(1)质量的测量：用天平测量．(2)速度的测量：用光电计时器测量．设Δx为滑块(挡光片)的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间，则v＝.预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3实验步骤1．如图2所示调节气垫导轨，使其水平．是否水平可按如下方法检查：打开气泵后，导轨上的滑块应该能保持静止．2．按说明书连接好数字计时器与光电门．3．如图3所示，把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止，烧断拴弹簧片的细线，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入设计好的表格中．图34．如图4所示，在滑块上安装好弹性碰撞架．将两滑块从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞，碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门，光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度．测出它们的质量后，将实验结果记入相应表格中．图45．如图5所示，在滑块上安装好撞针及橡皮泥，将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间，装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞，一起运动经过另一光电门，测出两滑块的质量和速度，将实验结果记入相应表格中．图56．根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞中动量变化的规律．气垫导轨实验数据记录表碰撞(烧断)前碰撞(烧断)后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′结论实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变．典例分析【例1】现利用图6(a)所示的装置验证动量守恒定律．在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．图6实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示．若实验允许的相对误差绝对值(||×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．答案见解析解析滑块运动的瞬时速度大小v为v＝①式中Δs为滑块在时间Δt内走过的路程．设纸带上打出相邻两点的时间间隔为T，则T＝＝0.02s②设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0、v1，将②式和图给实验数据代入①式可得：v0＝m/s＝2.00m/s③v1＝m/s＝0.970m/s④设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝⑤代入题所给的数据可得：v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δγ＝||×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，可得：δγ＝1.7%<5%⑩因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．【例2】某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的动量变化规律”的实验，气垫导轨装置如图7所示，所用的气垫...