1、 第一章动量守恒定律 让两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，创造条让两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动，创造条件，使系统所受外力的矢量和近似为件，使系统所受外力的矢量和近似为0 0，满足，满足_的条件。的条件。动量守恒动量守恒实验思路实验思路 研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。需要测量研究对象确定后，还需要明确所需测量的物理量和实验器材。需要测量物体的物体的_，以及两个物体发生碰撞前后各自的，以及两个物体发生碰撞前后各自的_。物体的质量。物体的质量可用可用_直接测量。直接测量。质量质量物理量的测量物理量的测量速度速度天平天平选取质量不同的
2、两个物体进行碰撞，测出物体的质量选取质量不同的两个物体进行碰撞，测出物体的质量(m1，m2)和碰和碰撞前后的速度撞前后的速度(v1，v1，v2，v2)，若满足，若满足m1v1m2v2_，则验证了碰撞前后总，则验证了碰撞前后总_守恒。守恒。m1v1m2v2数据分析数据分析动量动量实验：验证动量守恒定律实验：验证动量守恒定律【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验1. 1.实验器材实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个( (带带挡光片挡光片) )、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞
3、架、胶布、撞针、橡皮泥。布、撞针、橡皮泥。2. 2.实验原理实验原理1 1）质量的测量：）质量的测量：2 2）速度的测量：）速度的测量：利用公式利用公式 测出碰前测出碰前m1的速度的速度v1和碰后和碰后m1的速度的速度v1和和m2的速度的速度v2 txv x遮光条宽度遮光条宽度t遮光条经过光电门的时间遮光条经过光电门的时间3 3）利用加重物来改变滑块的质量）利用加重物来改变滑块的质量【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验 4) 4)不同碰撞情况的实现：不同碰撞情况的
4、实现：原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动。个滑块随即向相反方向运动。在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞，如图乙。失很小的碰撞，如图乙。在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞样可以得到
5、能量损失很大的碰撞，如，如图丙。图丙。3. 3.实验步骤实验步骤(4)(4)使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度滑块碰撞前后的速度。(1)(1)用天平测量两滑块的质量用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。填入预先设计好的表格中。 (2)(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。(6)(6)整理实验仪器整理实验仪器. .(5)(5)改变滑块质量，重复步骤改变滑块质量，重复步骤(4)(4)。(7)(7)数据处理，寻找守恒量数
6、据处理，寻找守恒量. .(3)(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微左右摆动左右摆动。【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验4. 4.注意事项注意事项1 1）保证是一维碰撞。保证是一维碰撞。2 2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水
7、平仪。时注意利用水平仪。3 3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。要求，成为实验结论。4 4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫导轨完成一维碰撞实验【实验方案一】利用气垫
8、导轨完成一维碰撞实验5. 5.误差分析误差分析 (1) (1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。碰撞可能不是精确的一维碰撞。(2)(2)碰撞中其他力碰撞中其他力( (例如：摩擦力、空气阻力等例如：摩擦力、空气阻力等) )的的影响带来影响带来的误差。的误差。(3)(3)测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量测量和读数，同时和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量增加测量次数，取平均值，尽量减小减小偶然误差的影响。偶然误差的影响。 气垫导轨气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响
9、摩擦力的影响, ,因此成为重要的实验器材因此成为重要的实验器材, ,气垫导轨和光电门、数字毫秒计配气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材合使用能完成许多实验。现提供以下实验器材: :利用以上实验器材可以完成利用以上实验器材可以完成“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验。为完成此实验的实验。为完成此实验, ,某同学将实验原理设定某同学将实验原理设定为:m1v0=(m1+m2)v。(1)(1)针对此原理针对此原理, ,应选择的器材为应选择的器材为( (填写器材编号填写器材编号) )。 (2)(2)在所选的器材中在所选的器材中, ,( (填写器材编号填写器材编号)
10、 )器材对应原理中的器材对应原理中的m1。 ABCABCB B解析解析:(1):(1)题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动题给原理说明碰撞前只有一个滑块运动, ,碰撞后两滑块结合为一体碰撞后两滑块结合为一体, ,所以需要所以需要ABCABC。(2)(2)碰前运动的滑块需要测其速度碰前运动的滑块需要测其速度, ,所以应选带遮光板的所以应选带遮光板的B B作为作为m m1 1。参考案例参考案例2 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒铁架台、斜槽、大小相同质量不同的小球两个、重垂线一条、铁架台、斜槽、大小相同质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆
11、规、三角板。白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。1. 1.实验器材实验器材mm1 1只有入射小球从固定点下落时的情况只有入射小球从固定点下落时的情况实实验验过过程程动动画画模模拟拟OPmm1 1mm2 2碰撞前后的动态过程碰撞前后的动态过程MNOP实实验验过过程程动动画画模模拟拟MNOPm1m2碰撞后的轨迹示意图碰撞后的轨迹示意图实实验验过过程程动动画画模模拟拟参考案例参考案例2 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒2. 2.实验步骤实验步骤4 4）不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由自由滚下，重复滚
12、下，重复1010次。次。用圆规画尽量小的圆把所有的用圆规画尽量小的圆把所有的小球小球落点圈在里面，圆心落点圈在里面，圆心P P就是小球落点的平就是小球落点的平均位置。均位置。1 1）用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射入射小球。小球。2 2）按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线切线水平。水平。3 3）白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。在白纸上白纸上记下斜槽末端重记下斜槽末端重垂线所指的位置垂线所指的位置O O。参考案例参考案例2 2 研究斜
13、槽末端小球碰撞时的动量守恒研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒6 6）测量测量OP、OM、ON的长度，在误差允许的范围内，看的长度，在误差允许的范围内，看 m1OPm1OMm2ON是否成立。是否成立。5 5）把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由高度自由滚下，滚下，使它们发生碰撞，重复实验使它们发生碰撞，重复实验1010次。用步骤次。用步骤4 4的方法的方法，标出碰后入射小球落，标出碰后入射小球落点的平均位置点的平均位置MM和被碰小球和被碰小球落点落点的平均位置的平均位置N N。8 8）整理好实验器材并放回原处。整理好实验器材并放回原处
14、。7 7）使入射小球从斜槽不同高度处滚下，重复使入射小球从斜槽不同高度处滚下，重复(4)(5)(6)(4)(5)(6)。参考案例参考案例2 2 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒3. 3.实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。3 3、注意事项、注意事项4 4、误差分析、误差分析1. 1.斜槽末端的切线必须水平；斜槽末端的切线必须水平；2. 2.选质量较大的小球作为入射小球；选质量较大的小球作为入射小球；1 1）系统误差系统误差碰撞前后两物体碰撞前后两物体v是否共线是否共线是否满足动量守恒的条
15、件是否满足动量守恒的条件斜槽末端切线方向是否水平斜槽末端切线方向是否水平两碰撞球是否等大两碰撞球是否等大2 2）偶然误差偶然误差质量质量m m的测量的测量小球落点的确定小球落点的确定长度的测量。长度的测量。 某某同学用如图所示装置通过半径相同的同学用如图所示装置通过半径相同的A A、B B两球的碰撞来验证碰撞过程中的两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒动量守恒, ,图中图中PQPQ是斜槽是斜槽, ,QRQR为水平槽。实验时先使为水平槽。实验时先使A A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G G由静止开由静止开始滚下始滚下, ,落到位于水平地面的记录纸上落到位于水平地面的记录纸上, ,留
16、下痕迹。重复上述操作留下痕迹。重复上述操作1010次次, ,得到得到1010个落点痕迹。个落点痕迹。再把再把B B球放在水平槽上靠近槽末端的地方球放在水平槽上靠近槽末端的地方, ,让让A A球仍从位置球仍从位置G G由静止开始滚下由静止开始滚下, ,和和B B球碰撞后球碰撞后, ,A A、B B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹, ,重复这种操作重复这种操作1010次。图中次。图中O O点是水平槽末端点是水平槽末端R R在记在记录纸上的垂直投影点录纸上的垂直投影点, ,B B球落点痕迹如图所示球落点痕迹如图所示, ,其中刻度尺水平放置其中刻度尺水平放置, ,且
17、平行于且平行于G G、R R、O O所在所在的平面的平面, ,刻度尺的零点与刻度尺的零点与O O点对齐。点对齐。( (1) 1)碰撞后碰撞后B B球的水平射程应取为球的水平射程应取为cmcm。 (2)(2)在以下选项中在以下选项中, ,本次实验必须进行的测量是本次实验必须进行的测量是 。 A.A.水平槽上未放水平槽上未放B B球时球时, ,A A球落点位置到球落点位置到O O点的距离点的距离B B.A.A球与球与B B球碰撞后球碰撞后, ,A A球落点位置到球落点位置到O O点的距离点的距离C C.A.A球与球与B B球的质量球的质量D D.G.G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度6
18、4.8ABC解析解析:(1):(1)本题利用了高度相同、小球运动时间相同本题利用了高度相同、小球运动时间相同, ,在比在比例式中例式中, ,可以用位移代替速度可以用位移代替速度, ,即变难测物理量为易测物理量即变难测物理量为易测物理量, ,围绕围绕1010个落点所在的范围作最小的圆个落点所在的范围作最小的圆, ,其圆心即为平均落其圆心即为平均落点点, ,x xB B= =6464. .8 cm8 cm。(2)(2)还应测出未放还应测出未放B B球时球时,A,A球落点位置到球落点位置到O O点的距离点的距离,A,A球和球和B B球碰后球碰后,A,A球落点位置到球落点位置到O O点的距离及点的距离及A A、B B两球的质量两球的质量。1 1前提条件：碰撞的两物体应保证前提条件：碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”( (2 2) )若利用平抛运动规律进行验证若利用平抛运动规律进行验证：
