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高三物理验证动量守恒定律_图文

一、实验目的 1.探究碰撞中的不变量。 2.探究一维弹性碰撞的特点。 二、实验原理 在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′,找出 碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量 是否守恒。 三、实验器材 方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、 细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案二:带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布 等。 方案三:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、 橡皮泥。

四、实验步骤 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)。 4.探究碰撞中的不变量。 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。 6.探究碰撞中的不变量。 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:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=ΔxΔt算出速 度。 5.改变条件:改变碰撞条件、重复实验。 6.探究碰撞中的不变量。

五、注意事项 1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 2.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面内。 (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。 六、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。 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。

热点一 实验原理的考查 【例1】某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验:在 小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静 止的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动。他设计的具体装置 如图3.5-2-1所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源 频率为50 Hz,长木板垫着小木片以平衡摩擦力。 (1)若已得到打点纸带如图3.5-2-2所示,并测得各计数点间距(标在图上)。 BC 段来计算A碰前的速度,应选择____ DE A为运动起点,则应该选择____ 段来计算A和B碰后的共同速度。(以上空格选填 “AB”“BC”“CD”“DE”)。 0.420 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测 0.417 (2)已测得小车A的质量m1=0.40 在误差许可的范围内,碰撞中 mv 的矢量和是守恒的 量结果可得碰前 m1v0=_______kg· m/s;碰后(m m2)v共=_______kg· m/s。 1+ 由此得出结论________________________________________________。

图3.5-2-1

图3.5-2-2

【解析】(1)分析纸带上的点迹可以看出,BC段既表示小车做匀速 运动,又表示小车具有较大的速度,故BC段能准确地描述小车A碰前的 运动情况,应当选择BC段计算小车A碰前的速度,而DE内小车运动稳 定,故应选择DE段计算碰后A和B的共同速度。 (2)小车A碰撞前的速度
BC 10.50 ? 10 ?2 v0 ? ? 1 5 ? 0.02 5? f

m/s=1.050 m/s

小车A在碰撞前: mAv0=0.40×1.050 kg· m/s=0.420 kg· m/s 碰后A和B的共同速度
v共 DE 6.95 ? 10 ?2 ? ? 1 5 ? 0.02 5? f

m/s=0.695 m/s

碰撞后A和B: (m1+m2)v共=(0.20+0.40)×0.695 kg· m/s=0.417 kg· m/s 结论:在误差许可的范围内,碰撞中mv的矢量和是守恒的。

热点二

实验数据的处理

【例2】气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用 气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块 悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有 摩擦。我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨 图3.5-2-3 以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量,实验装 置如图3.5-2-3所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下: a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。 b.调整气垫导轨,使导轨处于水平。 c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止地放置在气垫导 轨上。 d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。 e.按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。 当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时,记下A、B分别到达C、D的运动 时间t1和t2。 测量的物理量为B的右端至D板的距离L2 。 (1)实验中还应测量的物理量是_________________________________________ 守恒的量是mv的矢量和,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相 有测量时间、距离等存在误差,由于阻力、气垫导轨 等,产生误差的原因是______________________________________________ 不水平等造成误差 _________________。 (3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小?如能,请写出表 达式。

L1 L2 m ? m ? 0 成立,即可得出碰撞中 A B (2)利用上述测量的实验数据,得出关系式_____________ t1 t2

【解析】(1)要测量B的速度必须要先测出B的位移和该 位移所用时间,故还应测量的物理量为B的右端至D板的 距离L2。 (2)因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零,所以要
得出守恒的量是mv的矢量和,需得到关系式
mA L1 L ? m B 2 ? 0。 t1 t2

给验证带来误差的原因有测量时间、距离等存在误差,由 于阻力、气垫导轨不水平等造成误差。 (3)根据能量守恒定律,A、B两物体运动的动能来源

于静止时候压缩弹簧的弹性势能,故根据动能的总和可求 2 1 L2 1 L 弹簧的弹性势能,即 E p ? m A 21 ? m B 22 。 2 t1 2 t2

纪念钞回收 http://www.chaohuishou.net 纪念钞回收 字大街中心,有一个有六间门面房外加三间库房的木匠铺。在门面房里,一侧摆放着一些做工精细的衣箱、衣橱、桌椅等木制 家具;另一侧,摆放着耕地用的犁、播种用的耧等农具。门面房的中间足够宽敞,木匠师傅们在这里施展得开诸如锯、刨、凿、 上漆等所有的木工活计。在三间库房里,分类存放着各种材质的木料。需要打制家具和农具的人们,可以根据自家的需要从中 挑选木料,当然,同等体积的木料,由于材质不同,价格也不一。在小镇上亦有不少零散的,也可以称得上是“木匠”师傅的 手艺人。乡民们要想打造一些日常使用的简单家具和农具,甚至盖新房什么的,往往更愿意请这些木匠帮忙。其原因大概有二。 首先,这些零散的木匠都是一些街坊邻里,彼此非常熟悉,做活儿的时候,他们会精心地为主家着想,充分地利用主家的木材, 就连那些斜头巴脑的边角料也不会浪费掉;其次,主家只要在木匠师傅做工期间,给他们做上一些好饭菜加以热情款待就行了, 至于工钱嘛,是可以随意给的,或者是私下协商着适当给一点就行了。总之,请他们来制作各种简单的木工活儿,比请木匠铺 的师傅们制作要合算得多。但不管怎么说,这个木匠铺子里的那几位师傅的手艺,是任何零散木匠们都比不上的。所以无论是 小镇上的,还是小镇周围村庄里的人家,倘若想打制一套娶媳妇用的精制衣柜、嫁闺女用的漂亮梳妆台,或者是一架尺寸要求 严格、制作难度很大的耧车时,就必须得请木匠铺的师傅们来做了。因此间,尽管有庞大的“散兵游勇”散布在乡民中间,但 木匠铺的生意却总是红红火火的。至于十字大街中心位置的几家饭铺、饼铺、日杂商店、耿家客栈,以及东街上的张家肉铺、 西街上的董家油坊、南街上的几家织布作坊倒也没有多少特别之处。可是小镇西边的那条四季流淌的小河,却是绝对不能不提 的。这是因为,她不但是乡镇人们最大的骄傲,而且还串联起了镇上的几大美景呢。在这条四季不断流淌的小河上,修建有大 小三座桥。其中最大的、也最像模像样的是用上好青石砌成的拱形大桥。该大桥直通小镇的西大街,据说建成已经上百年了, 至今仍然完好无损。这座拱形大桥的桥面相当宽阔,两挂四套大马车对过也绰绰有余。另外的两座则都是规模小得多的木架便 桥,只能通过一挂大马车。两座小桥分别位于拱形大桥的南、北两侧,与大桥之间的距离也就是一里左右的样子。这条小河流 出乡镇后逐渐往东南方向拐了个小小的弯,然后才一直往南流淌而去,而那座南便桥实际上就搭建在那个拐弯的地方。如果盛 夏时节下暴雨,偶尔会将便桥冲毁。一旦发生这样的事情,乡民们就在洪水过后,再重新搭建便桥。此外,有人还会在河面较 宽、河水较浅的地方,不远不近地一溜儿摆


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