验证动量守恒定律实验 “验证动量守恒定律”实验的设计方案
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1、 验证动量守恒定律实验 “验证动量守恒定律〞实验的设计方案 B 小球 n b的质量 r。 m6 、 n、 ; C 小 球 Ⅱ b的半 径 r 、 ; D 小 球 a b 开斜槽 轨道 末端 后平 抛 飞行 的 时 、离 间t ; E 记 录 纸 上 0 点 到 A、 C各 点 的距 离 O 、 B、 A 0B、 0C ; ◇ 江苏 程 柱 建 F a球 的固定 释放 点 到斜 槽 轨 道末 端 水 平 部 分 间 的 高 度 差 h . “ 证 动 量 守 恒 定 律 〞 实 验 原 理 : 一 维 碰 撞 验 的 在
2、 中 , 出物 体 的 质 量和碰 撞 前 后 物 体 的速 率 , 算 出 测 计 碰撞 前 、 系统 的动 量 , 而 验 证 系统 碰 撞 前 后 动 量 后 从 〔 〕放上 被碰小 球后 , 2 两小 球 碰后是 否 同时落地 ? 如果不 是 同时 落 地 , 实 验 结 果有 没有 影 响? 〔 必 对 不 作分 析〕 ; 是 否守 恒. 了 实验 能顺 利 进 行 , 了需 要 用 天 平 测 为 除 量 物体 的质 量外 , 要解决 2 问题 :1 如何 保 证 物 主 个 〕 体 的碰 撞是 一 维 的. 我们 可 用 气 垫 导 轨 、
3、 槽 等 控 制 斜 〔 〕为测 定未 放小 球 6时 , 3 小球 n落 点 的平 均位 置 , 刻度 尺 的零 刻 度线 跟 记 录 纸 上 的 0点 对 齐 , 把 图 1给 出了小球 n落 点 附 近 的情 况 , 由图 可得 O B距 离 应 为 c ; m 物 体 的运动 , 证碰撞 的 一维 要 求 .2 如何 测 量 物 体 保 〕 碰撞 前 后 的速 度 . 测量物 体速 度 的方 法 可 以用 光 电计 时器 、 打点计 时器 、 频闪 照片 等手 段 , 可 利用 匀速 运 也 动、 平抛 运动 等 间接 测量 . 是 由于 以
4、上 2个 主 要 问 正 题 的存 在和 解 决 , 实验 的设 计 思 想 得 到 了有 机 延 伸 , 出现 了多种 实 验方案 , 并受到 高 考命 题专 家 的青 睐. 方 案 1 利用 斜槽 和平抛运 动 是 〔 〕按 照 本 实 验 方 法 , 证 动 量 守 恒 的验 证 式 4 验 . 〔 〕3 落地 点 距 0点 的距离 O 0 0 与实 5 个 A、 B、 C 验所 用 的小球 质量是 否有 关 系? 厂 析 〔 必 测 的 理 有 小 的 量m、 Q 1 须 量 物 量 两 球 质 解 〕 mb各 落
5、点 A、 C到 0 点 的距 离 O OB、 , B、 A、 OC, 选 B、 . 故 E 〔 〕6球 被 碰 飞 出 后 , 还 要 在 水 平 段 运 动 一 小 2 a球 本 方案 是教 材所采 用 的实 验 方 案 , 用 两小 球 等 利 时 间 的平 抛运 动 , 将对 小球速 度 的测 量 转化 为 位 移 的 测量 . 过 , 方 案 的实 验 要 求 较 多 , : 槽 轨 道 的 不 本 如 斜 末端 水 平 ; 质 量较 大 的小 球 作 为 入 射 小 球 ; 球 半 选 两 径相 等 , 能发 生一维 碰撞 , 后 均 做 平抛 运 动
6、; 射 才 碰 入 段, 因此 , b球先落 地 , 但不影 响 实验结 果. 〔 〕a点 位置 的范 围大致 在 4 . 5 6 0 m, 3 5 8 ~4 . 5c 中 心位 置大 约在 4 . 5c 5 9 m. 〔〕 4 OB — 。 A + 0C. O 球必 须 每次 从 同一高度 静 止释 放 , 证 人 射球 碰前 的 保 速度 恒定 等 . 确定 小球 落点 的平 均 位 置 方 法是 用 一 尽 可 能小 的 圆把小 球落点 圈 在里 面 , 出此 圆 的 圆心 位 读 置 即可. 〔 〕OB与小 球 的质量 无关 ,
7、A 和 O 与小 球 的 5 O C 质 量有 关. 方 案 2 利用气 垫导 轨和 打点计 时器 例 1 某同学用图 1 所示 的 装 置 做 “ 证 动 量 验 守恒 定 律 〞 的实 验 . 将 a 先 球从 斜槽 轨 道上 某 固定 点 处 由静 止 开 始 滚 下 , 水 在 平 地 面 上 的记 录 纸 上 留 下 p C 利 用气 垫导 轨进行 实 验 时 , 们 能很 好 地保 证 一 我 维 碰撞 , 同时 由于 滑 块 和 导 轨 之 间 的 阻力 很 小 , 可认 为滑块 在导 轨上 匀速运 动. 析纸
8、带 上 的点迹 分 布 确 分 定 物体 碰撞 前后 的运 动是处 理实 验数据 的关 键. ■ , . 例 2 〔0 9年 四川 卷 〕如 图 2 a , 垫 导 轨工 20 〔〕气 压痕 , 复 】 重 0次 ; 把 同 再 样 大 小 的 b 〔 > 〕 m。 球 放在 斜槽 轨 道末 端 水平 段 图 l 作 时 , 气从 导 轨 表 面 的d : 喷 出 , 导轨 表 面 和 滑 空 ,k f 在 块 内表 面之 间形 成一层 薄 薄 的空气 层 , 滑块 不 与 导 使 轨 外表 直接 接 触 , 大 减 小 了滑 块运 动 时
9、的 阻力 . 大 为 的最 右 端静 止放 置 , a球仍 从原 固定 点 由静 止 开 始 让 滚下 , b球 相 碰 后 , 和 两球 分 别 落在 记 录纸 的 不 同 位 置处 , 复 1 重 O次 . 了验证 动量 守恒 定律 , 水 平气 垫 导轨 上 放置 2个质 在 量 均为 a的滑块 , 每个 滑块 的一 端 分 别 与穿过 打 点 汁 时器 的纸带 相连 , 打 点 计 时器 所 用 电 源 的频 率 均 2个 为 6 气 垫导 轨正 常工作后 , 通 2 打点 计 时器 的 电 . 接 个 源, 并让 两 滑块 以不 同 的速 度 相 向
10、 运 动 , 滑 块 相 碰 两 后 粘在 一起继 续 运动. 2 b 为 某 次 实验 打 出 的 、 图 〔〕 点 . 3 9 〔 〕本 实 验必 须 测 量 的物理量有 1 A — — ; 斜槽 轨道 末 端 到水平 地面 的高度 H; 对 所 学知 识 内容 的 兴 趣 可 能 成 为 学 习动机 数 I : : 迹清 晰的纸 带 的一部 分 , 纸 带上 以 同间距 的 6个 连 在 的物体 在不 同时 刻 的位 置 , 然后 利 用 照 片可 以研究 物 体 的运动情 况. ■p —
11、 续点 为一 段划 分纸带 , 刻度尺 分别 量 出其长度 S 、 用 S 和 S. 题 中各物 理量 的单位 均 为 国 际单 位 , 么 , 。假设 那 碰 撞前 两 滑块 的动 量 大 小 分 别 为 两 滑块 的总动 量 大小 为 、 , ; 撞后 两 滑块 的总 碰 例 4 A、 两 滑块 在 水 平 气 垫 导 轨 上 相 向运 动 B 发生 碰撞 〔 碰撞 时 间 极 短 〕 用 闪光 照 相 , . 闪光 4次摄 得 的 闪 光 照 片 如 图 4所 示 . 知 闪 光 的时 间 间 隔 为 已 动量 大 小为 . 复上
12、 述实 验 , 重 多做 几 次. 碰 假设 △ , 闪光 本身 持续 时 间极 短 , 而 在这 4次 闪光 的 瞬 间 , A、 B两滑 块均 在 0 O c 刻 度 范 围 内 , 第 一 次 闪 ~8 m 且 光 时 , 块 A 恰好 通 过 一5 m 处 , 块 B 恰 好 通 滑 5c 滑 过 z一 7 m 处 , : 0c 问 O 1 2 3 4 5 6 7 8 x c O O 0 0 O O 0 0 / m 撞前 、 两滑 块 的总动量 在 实验 误 差允 许 的 范 围 内相 后 等 , 动量守
13、恒定 律得 到验证 . 那么 厂 解析 分 析纸带 的点迹 分 布可 知 , 迹 间 距 大 的表 点 示 相应 滑 块 的 速度 大 , 据 题 意 , s 对 应 根 s 。 、 图 4 〔〕 1 碰撞 发 生在何 处 ? 滑块 碰 前 的 运 动 ,。对 应 滑块 碰 后 的共 同运 动 . S 根据 一 〔〕 2 碰撞 发 生在第 一 次闪光 后多 长时 间? 〔 〕 两滑 块 的质 量之 比为 m m 一2 3 试 分 析 3设 : :, 碰撞前 后 两滑块 的质 量与 速度乘 积之 和是 否相 等?
14、 , 可 知 两 滑 块 碰 前 的 速 度 分 别 为 一 一 0 21 、 一 一0 23 , 碰前 动 量 分别 为 0 2 b1 . sb . sb 那么 .a s 和 0 2 b3 总动量 大小 为 n 1 v —0 2 b s一S〕 . a s, 一a 2 . a 〔1 3 ; 碰 撞后 两滑块 的总动量 为 2 v a a =2 一0 4 b。 . a s. 方案 3 利用气 垫导 轨和 光 电计 时器 ■ , 解析 〔 〕照片 中 B滑块 只 有 2个 位置 , 明 B 滑 1 说 块 有 重叠 , 即
15、碰 后静 止 第 一 次 闪光 时 , 块 滑 . A恰好 通 过 -一5 m 处 , z 5c 滑块 B恰好 通过 .一7 m z 0c 处, 它们 相 向运 动 , 故碰撞 发生 在 z 0c 处 . 一6 m 〔 〕A 滑 块 碰 后 向左 匀 速 运 动 , △ 内运 动 2 2 在 £ O c 可 知 A 滑 块 从 z一 6 m 处 碰 撞 后 到 z一 5 m m, 0c 0c 例 3 我 们可 以利 用 气垫 导 轨 、 电 门及 计 时器 光 所 用时 间为 , 碰撞发 生在 第 一次 闪 光后 的 时 间也 故 为
16、 . 和滑块 来 探 究 两 物 体 发 生 化 的规 律 , 图 3所 示 , 如 将 滑块前 端 沾上橡 皮泥 〔 皮 橡 . d . —— ———— 一 图3 〔〕 3 经计 算 。 撞 前 后 两 滑 块 的质 量 与 速 度 乘 积 碰 之和相 等. 方 案 5 利用 气垫 导轨 和反 冲运 动 泥质 量不计 〕 只在 滑 块 m 质量 为 2 0g 上 安 装 U , 〔 3 〕 形挡 光 片〔 图单 边 加 中间 宽度 d为 0 0 , 滑 如 . 3m〕 把 块 m 〔 质量 为 2 6g 放 在
17、2个 光 电 门之 间 , 给 滑块 1 〕 先 m 某 一 初 速 度 , 过 光 电 门 B 后 与 滑 块 m 相 碰 撞 , 通 暑1 5 我们可以用带竖直挡板 c和 D 的气垫导 ■, 例 轨 和滑 块 A、 验 证 动 量 守 恒 定 律 , 验 装 置 如 图 5 B 实 并 粘合 在一起 通过 光 电门 A, 电子计 时器读 出两 次 由 时 间问 隔分 别 为 0 0 34 . 5 2S和 0 1 5O . 碰 前 滑 . 0 0 S那么 块 m 的动量 为 一 ; 碰撞 后 , 滑块 一起运 动 两 所示
18、 〔 簧 的长 度 忽略不计 〕 采 用 的实验 步骤 如下 : 弹 , a .用 天 平 分 别 测 出 滑 c 块 A、 的质 量 m A mB B 、 ; D 时的总 动量 为 一 析 . 结 果保 留 3 小数 〕 〔 位 . b .调 整气 垫 导 轨 , 导 使 轨 处于水 平 ; C .在 A 和 B 间 放 入 一 碰滑 动 前块 量 署 O9. _1km . ・ 2g 图5 s , 后 滑块 m 、 碰 m 的 总 动 量 2 〔 1 m2 一 0 1 7 k
19、m ・ 一 = + 〕 . 2 g・ s . 个 被压缩 的轻 弹 簧 , 电动 卡销 锁 定 , 止 放 置 在 气 用 静 垫 导轨 上 ; d .用刻度 尺测 出 A 的左 端至 挡板 C 的距 离 L ; 方案 4 利用 气 垫导轨 和频 闪照相 e .按下 电钮 放 开 卡 销 , 时分 别 记 录 滑 块 A、 同 B 运 动 时间 的计 时器 开 始 工作 , A、 滑 块 分 别 碰 撞 当 B 频 闪 照相每 隔相 等 的时 间拍 摄一 次 , 记 录运 动 可  ̄ _L 40 数 要
20、求 于 人 的 甚 少 , 予人 的 甚 多 , 就 是松 树 的 风格 给 这 竺 l 挡板 C、 时计 时结束 , 下 A、 D 记 B分别 到 达 C、 的运 D 动时间t 和 t. 〔 〕≈ 1 0 , 。 . 3 由此 可 以推 出 l 丝_旦 1 1 4 <4 , ≈ . pl Pl 〔 〕 验 中还应测 量 的物 理量 及其 符号 是 1实 律 的表 达式 是 . 所以, 此实 验在 规定 的范 围 内验 证 了动量守恒 定律. 方 案 7 利 用长 木板 和打点 计 时器 由于 不存
21、 在光 滑 的长 木 板 , 我们 在 利用 长木板 进 行 实验 时 , 平 衡 摩擦 力后 再 进 行 实 验 . 得 注意 的 可 值 〔 〕 用 上述 测 量 的 实验 数 据 , 证 动 量 守 恒 定 2利 验 , 式 中算 得 的 A、 两 滑 块 上 B 的动 量 大 小 并 不 完 全 相 等 , 生 误 差 的 原 因 有 产 〔 至少答 出两 点 〕 . 析 是 本实验 只 能 验 证 碰撞 前 后 物 体 均 沿 木板 向下运 动 时 系统 的动量 是否 守恒 . ・ , ・■ A、 B两 滑块被 压缩 的弹簧
22、弹 开 后 , 气 垫导 在 轨上 运 动时可 视 为 匀 速 运 动 , 因此 只要 测 出 例 7 某 同学设 计 了 一个 用 电 磁 打 点计 时器 验 A 与 C 的距 离 L B 与 D 的距 离 L 、 及 A 到 C、 到 B D 的 时 间 t 和 t, 出 两 滑 块 的 质 量 , 可 以 用 测 就 r r 证 动量守 恒 定 律 的实 验 : 小 车 A 的前 端 粘 有橡 皮 在 泥 , 动小 车 A 使 之 做匀 速 运 动 , 后 与 原来 静止在 推 然 前 方 的小 车 B 相 碰 并 粘 合 成 一
23、体 后 , 续 做 匀 速运 继 动. 他设计 的装 置 如 图 7 a 所 示. 小车 A 后 连着纸 〔〕 在 m 1 一m £ 2 验证 动量 是否 守恒 . 〔 〕实验 中还 应 测 量 的 物 理 量 为 B 的右 端 至挡 i 板 D 的距 离 , 号为 L . 符 : r r 带, 电磁 打 点计 时器所 用 电源 频率 为 5 , 0Hz长木板下 垫着 小木 片 以平衡 摩擦 力. 长 : 〔 〕验证动 量守 恒 定律 的表 达 式 m 一m _ . 2 A 1 -
24、, 2 1 2 产 生误 差 的可 能 原 因 :① L 、 t 、。 m L 、 t、 、 的数 答计 亲 器三三 时 〔〕 a 〔〕 b 据 测量 有误 差 ; 没 有 考 虑 弹簧 推 动 滑块 的加 速 过 ② 程 ;③ 滑块 与导 轨 间有少许 摩 擦力 , 块并 不 是 做标 滑 准 的匀 速直 线运 动.④ 气垫 导 轨不完 全 水平 . 方 案 6 利 用单摆 装 置和功 能 关 系 图7 〔 〕假设 已测得 打点 纸带 如 图 7 b 所 示 , 测得 各 1 〔〕 并
25、计 数点 间距 〔 已标 在 图上 〕 A 为 运 动 的起 点 , 应 选 . 那么 段 来计 算 小 车 A 碰前 的速 度. 选 应 利 用摆 球进 行 实验 的要 求 为 两 小 球 静 放 时 球 心 应 在 同一水 平线 上且 刚好 接触 . ■r —0 段 来 计 算 小 车 A 碰 后 的共 同 速 度 〔 B 以上 两 空 填 “ 〞 “ C〞 “ D〞 “ 〞 . AB 或 B 或 C 或 DE 〕 〔 〕已测得 小 车 A 的 质 量 一 0 4 k , 车 B 2 . g 小 { 例 6 〔 0 8
26、年 宁 夏卷 〕 同学 利 用 如 图 6所 示 20 某 的装置 验证 动量 守 恒 定 律. 中两 摆 图 摆 长相 同 , 挂 于 同 一 高 度 , B 两 悬 A、 的质量 为 i 一 0 2 k , 碰 前 两 小 车 的 总 动 量 为 r n . g 那么 k g・i n・s , 后 两 小 车 的 总 动 量 为 碰 kg, ・ ~ . m S — — 摆球 均 很小 , 质量 之 比为 1 2 当两 摆 :. 均 处于 自 由静 止状 态 时 , 侧 面 刚 好 其 接触 . 向右上 方 拉 动 B球 使 其 摆 线 伸 直并
27、 与 竖 直 方 向 成 4 0 , 后 将 其 5角 然 由静止 释放 . 果 观 察 到 两 摆球 粘 在 结 一 Q 〔 分 纸 上 点 可 看 , 段 表 析 1 析 带 的 迹 以 出B 既 〕 c 示 小车 做匀 速运 动 , 又表 示 小 车具 有 较 大 的 图6 速度 , BC段 能 准 确 地 描 述 小 车 A 碰 前 的运 动 情 故 起 摆 动 , 最 大摆 角成 3 。假设 本 实 验允 许 的 最 大误 且 0. 况 , 中选 择 B 应 C段 计 算 小 车 A 碰 前 的速 度 , DE 而 段 内小
28、车 运 动稳定 , 故应 选择 DE段 计算 碰后 A 和 B 的共 同速 度. 〔 〕小 车 A 碰撞 前 的速度 2 I 〕 一 ・ 差 为 ±4 , % 此实 验是 否成 功地 验证 了动量守 恒定 律 ? 设 摆 球 A、 的质 量 分 别 为 m 、 , 长 为 B m 摆 析 z , 碰撞 前 B球 的速度 为 . 根据 机械 能守 恒 O 0 5 s~ , 定律得 去 B :m g 〔 一cs 5〕 B l1 o 。 , 4 小 车 A 在碰 撞前 的动 量 即为总动 量 仇1 一
29、0 4 0 kg・ ・ f。 。 . 2 m S . n F 碰撞 前 两摆 球 的总动 量 的大小 P 一 mB B 1 u — B / g 〔 一 C S4 。  ̄2 l 1 O 5 〕, 碰后 A 和 B 的共 同速 度 一 碰撞 后 A 和 B 的总 动量 一o 6 5i。 一 , ・ 9 s n 同理碰 撞后 两摆 球 的总动 量 的大小 2 〔 A mB  ̄2 〔 一 C S3 。 一 + 〕/ g/ 1 O 0 〕, 〔 + m2 7 0 4 7 k ・n・ _ . m1 〕3 . 1 g I s 。 = 得 一 , 代人 条件得 习 惯 可 以 成 自然 , 是 我 不会 让 自然改 变我 的 决定 但 〔 者单位 : 苏省 如皋 中学〕 作 江 百度搜索“就爱阅读〞,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to ,您的在线图书馆
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