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文档之家› 教科版选修3-5 1-7 实验:探究动量守恒定律
教科版选修3-5 1-7 实验:探究动量守恒定律
⑥
设两滑块在碰撞前后的动量分别为 p 和 p′,则
p=m1v0
⑦
p′=m1v1+m2v2
⑧
两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为
δγ=|p-pp′|×100%
⑨
联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据,
可得:δγ=1.7%<5%
⑩
因此,本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.
• 【例2】 某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的动量变化规律”的实验,气垫 导轨装置如图7所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组 成.
• 由此得出结论是____________________________________.
• (本题计算结果均保留三位有效数字) • 答案 (1)BC DE
• (2)0.420 0.417 结论见解析
解析 (1)小车碰前做匀速直线运动,打出纸带上的点应该是间距均 匀的,故计算小车碰前的速度应选 BC 段.CD 段上所打的点由稀变 密,可见在 CD 段 A、B 两小车相互碰撞.A、B 碰撞后一起做匀速 直线运动,所以打出的点又是间距均匀的,故应选 DE 段计算碰后 的速度.
(2)碰撞前:vA=
BC Δt
=0.100.150
m/s=1.05 m/s,
碰撞后:vA′=vB′=v
共=
DE Δt
=0.006.19
5
m/s=0.695 m/s.
碰撞前: mAvA=0.40×1.05 kg·m/s=0.420 kg·m/s 碰撞后: (mA+mB)v 共=0.60×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s 由于 0.420≈0.417 由此得出的结论是在误差允许的范围内,一维碰撞过程中,两物体 的总动量保持不变.
空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上(如图2所示,图中
气垫层的厚度放大了很多倍),这样大大减小了由摩擦产生的影响.
• 图1
(1)质量的测量:用 天平 测量.
(2)速度的测量:用 光电计时器
测量.
设 Δx 为滑块(挡光片)的宽度,Δt 为数字
计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的
碰撞(烧断)前
碰撞(烧断)后
质量m(kg)
m1
m2
m1
m2
速度v(m·s-1) v1
v2
v1′
v2′
mv(kg• ·m实·验s-结1)论:碰m撞1前v1后+两m滑2块v的2 动量之和保m持1v不1变′.+m2v2′
结论
• 典例分析 • 【例1】 现利用图6(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)中,气垫导轨上有A、
滑块2的速度v3为________m/s;(结果保留两位有效数字) • ③在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出碰撞前后系统的总动量
和总动能如何变化?通过对实验数据的分析说明理由. • a.________________________; • b.________________________.
的 速 度 分 别 为 v1′ 、 v2′ , 如 果 速 度 与 我 们 规 定 的 正 方 向 相 同 取 正 值 , 相 反 取 负
值.
•
根 据 实 验 求 出 两 物 体 碰 前 动 量 p = m1v1+ m2v2, 碰 后 动 量 p′ = m1v1′ +
m2v2′,看p与p′是否相等,从而验证动量守恒定律.
③a.系统碰撞前后质量与速度的乘积之和不变. 原因:系统碰撞之前的质量与速度的乘积 m1v1=0.15 kg m/s,系统 碰撞之后的质量与速度的乘积之和 m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s b.碰撞前后总动能不变. 原因:碰撞前的总动能 Ek1=12m1v21=0.037 5 J 碰撞之后的总动能 Ek2=12m1v22+12m2v23=0.037 5 J 所以碰撞前后总动能相等.
• 图4
• 5.如图5所示,在滑块上安装好撞针及橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光 电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块碰撞,一起运动经过另 一光电门,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入相应表格中.
• 图5
• 6.根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞中动量变化的规律. • 气垫导轨实验数据记录表
7 实验:探究动量守恒定律
• [目标定位] 1.明确探究物体碰撞中动量变化规律的基本思路.2.掌握直线运动 物体速度的测量方法.
• 猜想与假设
•
为了使问题简化,这里研究两个物体的碰撞,且碰撞前两物体沿同一直
线运动,碰撞后仍沿这一直线运动.
•
设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后
簧片的细线,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入设计好的表格中.
图3
• 4.如图4所示,在滑块上安装好弹性碰撞架.将两滑块从左、右以适当的速度 经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向 运动再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度.测出它们 的质量后,将实验结果记入相应表格中.
碰撞前后总动量之差 若实验允许的相对误差绝对值(| 碰前总动量 |×100%)最大 为 5%,本实 过程.
答案 见解析
解析 滑块运动的瞬时速度大小 v 为
v=ΔΔst
①
式中 Δs 为滑块在时间 Δt 内走过的路程.
设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 T,则
• 实验设计
•
实验设计需要考虑的问题:
•
(1)如何保证碰撞前后两物体速度在一条直线上.
•
(2)如何测定碰撞前、后两物体的速度.
• 实验案例 气垫导轨上的实验
•
气垫导轨、气泵、光电计时器、天平等.
•
气垫导轨装置如图1所示,由导轨、滑块、挡光片、光电门等组成,在空
腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩
• 图7
• (1)下面是实验的主要步骤: • ①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; • ②向气垫导轨通入压缩空气; • ③接通光电计时器; • ④把滑块2静止放在气垫导轨的中间; • ⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳; • ⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和
T=1f=0.02 s
②
设在 A 碰撞前后瞬时速度大小分别为 v0、v1,将②式和图给实验数 据代入①式可得:
v0=4.000×.0210-2 m/s=2.00 m/s
③
v1=1.940×.0210-2 m/s=0.970 m/s
④
设 B 在碰撞后的速度大小为 v2,由①式有 v2=ΔdtB
⑤
代入题所给的数据可得:v2=2.86 m/s
• (2)数据处理与实验结论: • ①实验中气垫导轨的作用是: • A._______________________________________________, • B.__________________________. • ②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s;碰撞后滑块1的速度v2为________m/s;
• 图8
• (1)若实验已得到的打点纸带如图9所示,并测得各计数点间距(标在图上),则应 该选________段来计算A的碰撞前速度;应选________段来计算A和B碰后的共 同速度(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”).
• 图9
• (2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg.由以上测量结 果 可 得 : 碰 前 mAvA = ________kg·m/s ; 碰 后 : (mA + mB)v 共 = ________kg·m/s.
图2
时间,则 v=ΔΔxt .
• 预习完成后,请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1 问题2 问题3
• 实验步骤 • 1.如图2所示调节气垫导轨,使其水平.是否水平可按如下方法检查:打开气泵后,
导轨上的滑块应该能保持静止. • 2.按说明书连接好数字计时器与光电门. • 3.如图3所示,把中间夹有弯形弹簧片的两滑块置于光电门中间保持静止,烧断拴弹
• 【例3】 某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中动量变化规律”的实验:在 小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车 B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的实验具体装置如图8所示,在小车A 后连着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡 摩擦力.
B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连; 滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录 遮光片通过光电门的时间.
图6
实验测得滑块 A 的质量 m1=0.310 kg,滑块 B 的质量 m2=0.108 kg, 遮光片的宽度 d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率 f=50.0 Hz. 将光电门固定在滑块 B 的右侧,启动打点计时器,给滑块 A 一向右 的初速度,使它与 B 相碰.碰后光电计时器显示的时间为 ΔtB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.
滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;
• ⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1 =10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡 光时间Δt3=8.35 ms;
• ⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1(包括撞针)的质量为m1=300 g,滑块 2(包括弹簧)质量为m2=200 g;
• 答案 ①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差. • B.保证两个滑块的碰撞是一维的. • ②0.50 0.10 0.60 • ③a.系统碰撞前、后质量与速度的乘积之和不变 • b.碰撞前后总动能不变