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实验06 验证动量守恒定律(原卷版)---【同步实验课】2023-2024高中物理实验大盘点.docx

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学而优教有方

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实验06验证动量守恒定律

【实验目的】

1.明确验证动量守恒定律的基本思路。

2.验证一维碰撞中的动量守恒。

3.知道实验数据的处理方法。

【实验方案】

方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

1.实验器材:气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。

2.实验原理

(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2。

(2)调整导轨使之处于水平状态,并使数字计时器系统正常工作。

(3)利用数字计时器测量滑块碰撞前后的速度。

(4)验证表达式m1v1′+m2v2′=m1v1+m2v2,是否成立。

方案二研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

1.实验器材:铁架台,斜槽轨道,两个大小相等、质量不同的小球,铅垂线,复写纸,白纸,天平,刻度尺,圆规,三角板等。

2.实验的基本思想——转化法

不易测量量转化为易测量量的实验设计思想。

3.实验原理:如图甲所示。让一个质量较大的小球从斜槽上某一位置由静止滚下,与放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的小球发生正碰,之后两小球都做平抛运动。

(1)质量的测量:用天平测量质量。

(2)速度的测量:由于两小球下落的高度相同,所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此,只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球落地时飞行的水平距离sOP,以及碰撞后入射小球与被碰小球落地时飞行的水平距离sOM和sON。

4.数据分析:若在实验误差允许的范围内,m1sOP=m1sOM+m2sON,即可验证动量守恒定律。

要点1研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

1.本实验碰撞前、后速度大小的测量采用极限法,v=eq\f(Δx,Δt)=eq\f(d,Δt),其中d为挡光板的宽度。

2.注意速度的矢量性:规定一个正方向,碰撞前后滑块速度的方向跟正方向相同即为正值,跟正方向相反即为负值,比较m1v1+m2v2与m1v1′+m2v2′是否相等,应该把速度的正负号代入计算。

3.造成实验误差的主要原因是存在摩擦力。利用气垫导轨进行实验,调节时确保导轨水平。

【例1】小刘同学利用气垫导轨验证动量守恒定律,实验装置如图所示。

(1)将滑块b放置在气垫导轨上,打开气泵,待气流稳定后,调节气垫导轨,直至观察到滑块b能在短时间内保持静止,说明气垫导轨已调至________;

(2)用天平测得滑块a、b质量分别为ma、mb;

(3)在滑块上安装配套的粘扣,并按图示方式放置两滑块。使滑块a获得向右的速度,滑块a通过光电门1后与静止的滑块b碰撞粘在一起,并一起通过光电门2,遮光条通过光电门1、2的时间分别为t1、t2,则上述物理量间如果满足关系式________________,则证明碰撞过程中两滑块的总动量守恒。

(4)本实验________(“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。

要点2研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒

本实验注意事项

(1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1>m2)。

(2)入射小球半径等于被碰小球半径。

(3)入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滚下。

(4)斜槽末端的切线方向水平。

(5)为了减小误差,需要找到不放被碰小球及放被碰小球时小球落点的平均位置。为此,需要让入射小球从同一高度多次由静止滚下,进行多次实验,然后用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面,其圆心即为小球落点的平均位置。

(6)不需要测量速度的具体数值。因平抛运动高度相同,下落时间相等,速度的测量可转换为水平距离的测量。

【例2】(2023·江苏南通高二开学考试)小华利用斜槽滚球“验证动量守恒定律”,装置如图甲所示。

(1)小华分别测量出入射小球A、被碰小球B的质量分别为mA、mB,为了防止碰撞后球A反弹,应保证mA________mB(选填“”“=”或“”)。

(2)下列实验操作步骤,正确顺序是________。

①在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O

②安装好斜槽

③用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度为x1、x2、x3

④不放球B,让球A从G点由静止滚下,并落在地面上,重复多次实验

⑤将球B放在斜槽前端边缘位置,让球A从G点由静止滚下,使A、B碰撞,重复多次实验

(3)图乙中小球落地点的平均位置为________cm。

(4)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒,则需验证的关系式为________________(用题中给出的物理量表示)。

(5)实验中造成误差的可能原因有________。

A.斜槽轨道不光滑

B.斜槽轨道末端不水平

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