高考物理第六章第3节实验:验证动量守恒定律学案

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1、第3节 实验:验证动量守恒定律实验目的:验证动量守恒定律。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。实验方案[方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验[实验器材]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、游标卡尺等。[实验步骤]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

2、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)。[数据处理]1.滑块速度的测量:v=,式中Δx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。2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。[方案二]利用等长摆球完成一维碰撞实验[实验器材]带细线的摆球(两套,等大不等重)、铁架台、天平、量角器、刻度尺、游标卡尺、胶布等。[实验步骤]1.测质量和直径:用天平测出小球的质量m1、m2,用游标卡尺测出小球的直径

3、d。2.安装:把小球用等长悬线悬挂起来,并用刻度尺测量悬线长度l。3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰。4.测角度:用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两小球摆起的角度。5.改变条件重复实验:①改变小球被拉起的角度;②改变摆长。[数据处理]1.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可由摆角和摆长计算出。2.验证的表达式:m1v1=m1v1′+m2v2′。[方案三]利用两辆小车完成一维碰撞实验[实验器材]光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度

4、尺等。[实验步骤]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:小车B静止,接通电源,让小车A运动,碰撞时撞针插入橡皮泥中,两小车连接成一个整体运动。4.改变条件重复实验:①改变小车A的初速度;②改变两小车的质量。[数据处理]1.小车速度的测量:通过纸带上两计数点间的距离及时间,由v=计算。2.验证的表达式:m1v1=(m1+m2)v2。[方案四]利用斜槽滚球验证动量守恒定律[实验器材]斜槽、小

5、球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。[实验步骤]1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。2.安装:按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。4.单球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实

6、验10次。用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N,如图所示。改变入射小球的释放高度,重复实验。[数据处理]1.小球水平射程的测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。2.验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。误差分析1.系统误差:主要来源于实验器材及实验操作等。(1)碰撞是否为一维。(2)气垫导轨是否完全水平,摆球受到空气阻力,小车受到长木板的摩擦力,入射小球的释放高度存在差异。2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。注意事

7、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验证,给滑块的初速度应沿着导轨的方向。(2)若利用摆球进行验证,实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上,将摆球拉起后,两摆线应在同一竖直面内。(3)若利用两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。(4)若利用平抛运动规律进行验证,安装实验装置时,应注意调整斜槽,使斜槽末端水平,且选质量较大的小球为入射小球。[基础考法]考法(一) 实验原理与操作1.把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来,中间夹一被压缩了的轻弹簧,置于摩

8、擦可以忽略不计的水平桌面上,如图所示。现烧断细线,观察两球的运动情况,进行必要的测量,探究金属球间发生相互作用时的不变量。测量过程中:(1)还必须添加的器材有_____________________________________。(2)需直接测量的数据是_______________________________________________。(3)

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