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高中物理 第1章 动量守恒研究 2 动量守恒定律(1)学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修3-5物理学案VIP免费

高中物理 第1章 动量守恒研究 2 动量守恒定律(1)学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修3-5物理学案_第1页
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第2节(1)实验:探究动量是否守恒实验目的:探究物体碰撞前后两物体组成的系统总动量的关系.实验器材:气垫导轨、滑块(3块)、弹片、天平、光电门、数字毫秒计.实验过程:实验一:实验装置如图1所示,用天平称出两质量相等的滑块,装上相同的挡光板,放在气垫导轨的中部.两滑块靠在一起,用细线拴住后中间压入弹片,处于静止状态.烧断细线,两滑块被弹开并朝相反的方向通过光电门,记录挡光板通过光电门的时间,由v=计算滑块的速度,求出两滑块的总动量p=mv1-mv2.图1计算p的值,并与分开前的总动量比较得出结论.实验二:增加其中一个滑块的质量,使其质量是另一侧的2倍,重复实验一的操作,求出两侧滑块的总动量p=mv1-2mv2.计算p的值,并与分开前的总动量比较,得出结论.实验三:把气垫导轨的一半覆盖上牛皮纸,并用胶带固定后,用两块质量相等的滑块,重复实验一的操作,求出两滑块的总动量p=mv1-mv2.计算p的值,并与分开前的总动量比较,得出结论.结论:(1)在光滑气垫导轨上无论两滑块质量是否相等,它们被弹开前的总动量为零,弹开后的总动量也为零.(2)两滑块构成的系统受到牛皮纸的摩擦力(外力)后,两滑块相互作用后的总动量不为零,即碰撞前后的总动量发生了变化.温馨提示要探究两物体碰撞前后总动量是否守恒,需要测出相互作用前两物体的总动量和相互作用后两物体的总动量.要测动量,需要测出两个物体的质量,质量可以利用天平测量,还要测出相互作用前后两物体运动的速度,速度可以在气垫导轨上利用光电门和数字毫秒计计时测量.【例1】现利用图2(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图2(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2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2(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,则由图给实验数据代入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代入题中所给的数据可得: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探究两物体作用前后动量是否守恒,气垫导轨装置如图3所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.图3(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接通光电计时器;④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35ms;⑧测出挡光片的宽度d=5mm,测得滑块1(包括撞针)的质量为m1=300g,滑块2(包括弹簧)质量为m2=200g;(2)数据处理与实验结论:①实验中气垫导轨的作用是:A.________________________________,B.___________________.②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s;碰撞后滑块1的速度v2为________m/s;滑块2的速度v3为________m/s;(结果保...

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