第2讲实验验证动量守恒定律精选文档.ppt

第2讲 实验 验证动量守恒定律本讲稿第一页，共十五页方案一：方案一：气气垫导轨垫导轨、光、光电计时电计时器、天平、滑器、天平、滑块块(两个两个)、重物、重物、弹弹簧片、簧片、细绳细绳、弹弹性碰撞架、胶布、撞性碰撞架、胶布、撞针针、橡皮泥、橡皮泥方案二：方案二：带带细线细线的的摆摆球球(两套两套)、铁铁架台、天平、量角器、坐架台、天平、量角器、坐标纸标纸、胶布等、胶布等方案三：方案三：光光滑滑长长木板、打点木板、打点计时计时器、器、纸带纸带、小、小车车(两个两个)、天平、撞、天平、撞针针、橡皮泥、橡皮泥方案四：方案四：斜斜槽、大小相等槽、大小相等质质量不同的小量不同的小铜铜球两个、重垂球两个、重垂线线一条、白一条、白纸纸、复写、复写纸纸、天平、刻度尺、天平、刻度尺、圆规圆规、三角板、三角板本讲稿第二页，共十五页方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验1测测质质量：用天平量：用天平测测出滑出滑块质块质量量2安装：正确安装好气安装：正确安装好气垫导轨垫导轨3实实验验：接接通通电电源源，利利用用配配套套的的光光电电计计时时装装置置测测出出两两滑滑块块各各种种情情况况下下碰碰撞撞前后的速度前后的速度(改改变变滑滑块块的的质质量量改改变变滑滑块块的初速度大小和方向的初速度大小和方向)4验证验证：一：一维维碰撞中的碰撞中的动动量守恒量守恒本讲稿第三页，共十五页方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1测测质质量：用天平量：用天平测测出两小球的出两小球的质质量量m1、m2.2安装：把两个等大小球用等安装：把两个等大小球用等长悬线悬长悬线悬挂起来挂起来3实验实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时时它它们们相碰相碰4测测速度：可以速度：可以测测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应对应小球的小球的速度，速度，测测量碰撞后小球量碰撞后小球摆摆起的角度，算出碰撞后起的角度，算出碰撞后对应对应小球的速度小球的速度5改改变变条件：改条件：改变变碰撞条件，重复碰撞条件，重复实验实验6验证验证：一：一维维碰撞中的碰撞中的动动量守恒量守恒本讲稿第四页，共十五页方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1测测质质量：用天平量：用天平测测出两小出两小车车的的质质量量2安安装装：将将打打点点计计时时器器固固定定在在光光滑滑长长木木板板的的一一端端，把把纸纸带带穿穿过过打打点点计计时时器器，连连在小在小车车的后面，在两小的后面，在两小车车的碰撞端分的碰撞端分别别装上撞装上撞针针和橡皮泥和橡皮泥3实实验验：接接通通电电源源，让让小小车车A运运动动，小小车车B静静止止，两两车车碰碰撞撞时时撞撞针针插插入入橡橡皮皮泥中，把两小泥中，把两小车连车连接成一体运接成一体运动动4测测速度：通速度：通过纸带过纸带上两上两计计数点数点间间的距离及的距离及时间时间由由v 算出速度算出速度5改改变变条件：改条件：改变变碰撞条件、重复碰撞条件、重复实验实验6验证验证：一：一维维碰撞中的碰撞中的动动量守恒量守恒本讲稿第五页，共十五页方案四：方案四：碰碰撞前后的速度撞前后的速度测测量是量是实验实验中中误误差的主要来源，若采用下列差的主要来源，若采用下列实验实验方方法可避免速度的法可避免速度的测测量如量如图图121所示，将所示，将质质量分量分别为别为m1和和m2的两小球的两小球发发生正碰，若碰前生正碰，若碰前m1运运动动，m2静止，且静止，且m1m2，根据，根据动动量守恒定律量守恒定律应应有：有：m1v1m1v1m2v2.因小球从斜槽末端因小球从斜槽末端飞飞出后做平抛运出后做平抛运动动，由平抛运由平抛运动动的知的知识识可知，小球下落高度相同，可知，小球下落高度相同，则飞则飞行行时间时间相同，若用相同，若用飞飞行行时时间间作作时间单时间单位，位，则则水平速度大小就等于小球水平速度大小就等于小球飞飞出的水平距离，出的水平距离，则动则动量守恒量守恒时时应应有：有：图图121本讲稿第六页，共十五页1系系统误统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否碰撞是否为为一一维维碰撞碰撞(2)实实验验是是否否满满足足动动量量守守恒恒的的条条件件：如如气气垫垫导导轨轨是是否否水水平平，两两球球是是否否等等大大，长长木板木板实验实验是否平衡掉摩擦力是否平衡掉摩擦力2偶然偶然误误差：主要来源于差：主要来源于质质量量m和速度和速度v的的测测量量3改改进进措措施施：(1)设设计计方方案案时时应应保保证证碰碰撞撞为为一一维维碰碰撞撞，且且尽尽量量满满足足动动量量守守恒恒的条件的条件(2)采取多次采取多次测测量求平均量求平均值值的方法减小偶然的方法减小偶然误误差差本讲稿第七页，共十五页1前前提条件：碰撞的两物体提条件：碰撞的两物体应应保保证证“水平水平”和和“正碰正碰”2方方案案提提醒醒：(1)若若利利用用气气垫垫导导轨轨进进行行实实验验，调调整整气气垫垫导导轨轨时时，注注意意利利用用水水平平仪仪确保确保导轨导轨水平水平(2)若若利利用用摆摆球球进进行行实实验验，两两小小球球静静放放时时球球心心应应在在同同一一水水平平线线上上，且且刚刚好好接触，接触，摆线竖摆线竖直，将小球拉起后，两条直，将小球拉起后，两条摆线应摆线应在同一在同一竖竖直面内直面内(3)若利用若利用长长木板木板进进行行实验实验，可在，可在长长木板下木板下垫垫一小木片用以平衡摩擦力一小木片用以平衡摩擦力(4)若若利利用用斜斜槽槽进进行行实实验验，入入射射球球质质量量应应大大于于被被碰碰球球质质量量，且且入入射射球球每每次次都必都必须须从斜槽从斜槽轨轨道同一位置由静止道同一位置由静止释释放放3探究探究结论结论：寻寻找的不找的不变变量必量必须须在各种碰撞情况下都不改在各种碰撞情况下都不改变变本讲稿第八页，共十五页【例【例1】如如图图122所示所示为实验为实验室中室中验证动验证动量守恒的量守恒的实验实验装置示意装置示意图图(1)若入射小球若入射小球质质量量为为m1，半径，半径为为r1；被碰小球；被碰小球质质量量为为m2，半径，半径为为r2，则则()Am1m2，r1r2 Bm1m2，r1r2Cm1m2，r1r2 Dm1m2，r1r2图图122本讲稿第九页，共十五页(2)为为完成此完成此实验实验，以下所提供的，以下所提供的测测量工具中必需的是量工具中必需的是_(填下列填下列对应对应的字母的字母)A直尺直尺B游游标标卡尺卡尺C天平天平D弹弹簧秤簧秤E秒表秒表(3)设设入入射射小小球球的的质质量量为为m1，被被碰碰小小球球的的质质量量为为m2，P为为碰碰前前入入射射小小球球落落点点的的平平均均位位置置，则则关关系系式式(用用m1、m2及及图图中中字字母母表表示示)_成成立立，即即表示碰撞中表示碰撞中动动量守恒量守恒本讲稿第十页，共十五页解析：解析：(1)两两小球要选等大的，且入射小球的质量应大些，故选小球要选等大的，且入射小球的质量应大些，故选C.(2)该该实实验验必必须须测测出出两两球球平平抛抛的的水水平平位位移移和和质质量量，故故必必须须用用到到直直尺尺和和天天平平，因两球平抛起点相同，不用测小球直径，故用不到因两球平抛起点相同，不用测小球直径，故用不到B.(3)因平抛落地时间相同，可用水平位移代替速度，因平抛落地时间相同，可用水平位移代替速度，故关系式为故关系式为 答案：答案：(1)C(2)AC(3)本讲稿第十一页，共十五页【例【例2】气气垫导轨垫导轨是常用的一种是常用的一种实验仪实验仪器它是利用气器它是利用气泵泵使使带带孔的孔的导轨导轨与滑与滑块块之之间间形成气形成气垫垫，使滑，使滑块悬块悬浮在浮在导轨导轨上，滑上，滑块块在在导轨导轨上的运上的运动动可可视为视为没有摩没有摩擦我擦我们们可以用可以用带竖带竖直直挡挡板板C和和D的气的气垫导轨垫导轨以及滑以及滑块块A和和B来探究碰撞来探究碰撞中的不中的不变变量，量，实验实验装置如装置如图图123所示所示(弹弹簧的簧的长长度忽略不度忽略不计计)，采用的，采用的实验实验步步骤骤如下：如下：图图123本讲稿第十二页，共十五页a用用天平分天平分别测别测出滑出滑块块A、B的的质质量量mA、mBb调调整气整气垫导轨垫导轨，使，使导轨处导轨处于水平于水平c在在A和和B间间放入一个被放入一个被压缩压缩的的轻弹轻弹簧，用簧，用电动电动卡卡销锁销锁定，定，静止地放置在气静止地放置在气垫导轨垫导轨上上d用刻度尺用刻度尺测测出出A的左端至的左端至C板的距离板的距离L1e按下按下电钮电钮放开卡放开卡销销，同，同时时使分使分别记录别记录滑滑块块A、B运运动时间动时间的的计时计时器开始工器开始工作当作当A、B滑滑块块分分别别碰撞碰撞C、D挡挡板板时时停止停止计时计时，记记下下A、B分分别别到达到达C、D的运的运动时间动时间t1和和t2本讲稿第十三页，共十五页(1)实实验验中中还应测还应测量的物理量是量的物理量是_；(2)利用上述利用上述测测量的量的实验实验数据，得出关系式数据，得出关系式_成立，即可得出碰撞中守成立，即可得出碰撞中守恒的量恒的量mv的矢量和，上式中算得的的矢量和，上式中算得的A、B两滑两滑块块的的动动量大小并不完全相等，量大小并不完全相等，产产生生误误差的原因是差的原因是_；(3)利用上述利用上述实验实验数据能否数据能否测测出被出被压缩弹压缩弹簧的簧的弹弹性性势势能的大小？如能，能的大小？如能，请请写出写出表达式表达式本讲稿第十四页，共十五页解解答答：(1)要要测测量量B的的速速度度必必须须要要先先测测出出B的的位位移移和和发发生生该该位位移移所所用用时时间间，故故还还应应测测量的物理量量的物理量为为B的右端至的右端至D板的距离板的距离L2.(2)因因为为碰碰撞撞之之前前两两物物体体都都静静止止即即总总动动量量为为零零，所所以以要要得得出出守守恒恒的的量量是是mv的的矢矢量量和和，需需得得到到的的关关系系式式 .给给验验证证带带来来误误差差的的原原因因有有测测量量时时间间、距距离离等等存存在在误误差，由于阻力、气差，由于阻力、气垫导轨垫导轨不水平等造成不水平等造成误误差差(只要答只要答对对其中两点即可其中两点即可)(3)根根据据能能量量守守恒恒定定律律，A、B两两物物体体运运动动的的动动能能来来源源于于静静止止时时候候压压缩缩弹弹簧簧的的弹弹性性势势能，故根据能，故根据动动能的能的总总和可求和可求弹弹簧的簧的弹弹性性势势能，即能，即Ep点击此处进入点击此处进入 作业手册作业手册本讲稿第十五页，共十五页