2021版物理全能大一轮复习人教版讲义：讲核心要点·全突破实验七　验证动量守恒定律

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讲 核心要点·全突破

【实验过程】

方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验

1.测质量:用天平测出滑块质量。

2.安装:正确安装好气垫导轨。

3.实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度。(①改变滑块的质量,②改变滑块的初速度大小和方向)

方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验

1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。

2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。

3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰。

4.测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度。

5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。

方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验

1.测质量:用天平测出两小车的质量。

2.安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。

3.实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动。

4.测速度:通过测纸带上两计数点间的距离及时间由v=算出速度。

5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。

方案四:利用斜槽完成一维碰撞实验

1.测质量:先用天平测出小球质量m1、m2。

2.安装:按如图所示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。

3.确定被测数据:

(1)在地上铺一张白纸,在白纸上铺放复写纸。

(2)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球m1碰前的位置。

(3)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P。

(4)把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿步骤5作出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。

【数据处理】

　方案一:滑块速度的测量:v=,式中Δs为滑块(挡光片)的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。

方案二:摆球速度的测量:v=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起)的高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。

方案三:小车速度的测量:v=,式中Δs是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δt为小车经过Δs的时间,可由打点间隔算出。

方案四:测出入射小球碰撞前的平抛距离和碰撞后入射小球和被碰小球的平抛距离。可以用平抛距离代表速度,确定动量,验证动量守恒。

【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,两球是否等大,长木板实验是否平衡掉摩擦力等。

(2)偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。

(3)减小误差的措施。

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。

 【注意事项】

　(1)前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。

(2)四种方案提醒。

①若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。

②若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直平面内。

③若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。

④若利用斜槽进行实验,入射球质量要大于被碰球质量,即:m1>m2,防止碰后m1被反弹。

(3)探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。

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