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文檔簡介
驗證動量守恒定律的幾種方案一、實驗原理在一維碰撞中,測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v′,找出碰撞前的動量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后動量是否守恒.二、具體方案方案一:利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量:用天平測出滑塊質(zhì)量.(2)安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌.(3)實驗:接通電源,利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下(①改變滑塊的質(zhì)量.②改變滑塊的初速度大小和方向)碰撞前后的速度.(4)驗證:一維碰撞中的動量守恒.例:氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器,它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示,采用的實驗步驟如下:a.用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB;b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平;c.在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上;d.用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1;e.按下電鈕放開卡銷,同時分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作,當A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時計時結(jié)束,記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2.(1)實驗中還應(yīng)測量的物理量及其符號是.(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達式是,上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因有(至少答出兩點).答案A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后,在氣墊導(dǎo)軌上運動時可視為勻速運動,因此只要測出A與C的距離L1,B與D的距離L2及A到C,B到D的時間t1和t2.測出兩滑塊的質(zhì)量,就可以用mA=mB驗證動量是否守恒.(1)實驗中還應(yīng)測量的物理量為B與D的距離,符號為L2.(2)驗證動量守恒定律的表達式是mA=mB,產(chǎn)生誤差的原因:①L1、L2、mA、mB的數(shù)據(jù)測量誤差.②沒有考慮彈簧推動滑塊的加速過程.③滑塊并不是標準的勻速直線運動,滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力.方案二:利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量:用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2.(2)安裝:把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來.(3)實驗:一個小球靜止,拉起另一個小球,放下時它們相碰.(4)測速度:可以測量小球被拉起的角度,從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度,測量碰撞后小球擺起的角度,算出碰撞后對應(yīng)小球的速度.(5)改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)實驗.(6)驗證:一維碰撞中的動量守恒.例:用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律,質(zhì)量為的鋼球B放在小支柱N上,球心離地面高度為H;質(zhì)量為的鋼球A用細線拴好懸掛于O點,當細線被拉直時O點到球心的距離為L,且細線與豎直線之間夾角;球A由靜止釋放,擺到最低點時恰與球B發(fā)生正碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直夾角為處,B球落到地面上,地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄球B的落點.(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后兩球A、B的動量(設(shè)兩球A、B碰前的動量分別為、;碰后動量分別為、),則=;=;=;=。C.小球做平拋運動的射程②圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影.實驗時,先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放,找到其平均落地點的位置P,測量平拋射程OP.然后,把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分,再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放,與小球m2相碰,并多次重復(fù).接下來要完成的必要步驟是________.(填選項前的符號)A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B.測量小球m1開始釋放的高度hC.測量拋出點距地面的高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE.測量平拋射程OM、ON③若兩球相碰前后的動量守恒,其表達式可表示為________(用②中測量的量表示);若碰撞是彈性碰撞,那么還應(yīng)滿足的表達式為__________(用②中測量的量表示).④經(jīng)測定,m1=45.0g,m2=7.5g,小球落地點的平均位置距O點的距離如圖5所示.碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1′,則p1∶p1′=________∶11;若碰撞結(jié)束時m2的動量為p2′,則p1′∶p2′=11∶________.圖5實驗結(jié)果說明,碰撞前、后總動量的比值eq\f(p1,p1′+p2′)為________.⑤有同學(xué)認為,在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì),其他條件不變,可以使被碰小球做平拋運動的射程增大,請你用④中已知的數(shù)據(jù),分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為________cm.三、注意事項1.前提條件:碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”.2.方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時,注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平.(2)若利用擺球進行實驗,兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上,用等長懸線懸掛后兩小球剛好接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一
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