第3節(jié)　科學(xué)驗(yàn)證：動(dòng)量守恒定律 1．驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律． 2．體會(huì)將不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的物理量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想． 一、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì) 質(zhì)量分別為m1和m2的兩小球A、B發(fā)生正碰，若碰撞前球A的速度為v1，球B靜止，碰撞后的速度分別為v1′和v2′，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，應(yīng)有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′． 可采用“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中測(cè)量平拋初速度的方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．讓球A從同一位置C釋放，測(cè)出不發(fā)生碰撞時(shí)球A飛出的水平距離lOP，再測(cè)出球A、B碰撞后分別飛出的水平距離lOM、lON，如圖乙所示．只要驗(yàn)證m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．因小球從斜槽上滾下后做平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就相同，則小球的水平速度若用飛行時(shí)間作時(shí)間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離，所以只要測(cè)出小球的質(zhì)量及兩球碰撞前后飛出的水平距離，代入公式就可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律． 甲　實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 乙　水平距離測(cè)量示意圖 二、實(shí)驗(yàn)器材 斜槽軌道、半徑相等的鋼球和玻璃球、白紙、復(fù)寫紙、小鉛錘、天平(附砝碼)、毫米刻度尺、圓規(guī)． 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量． 2．將斜槽固定在桌邊并使其末端水平．在地板上鋪白紙和復(fù)寫紙，通過小鉛錘將斜槽末端在紙上的投影記為點(diǎn)O． 3．首先讓球A從斜槽點(diǎn)C由靜止釋放，落在復(fù)寫紙上，如此重復(fù)多次． 4．再將球B放在槽口末端，讓球A從點(diǎn)C由靜止釋放，撞擊球B，兩球落到復(fù)寫紙上，如此重復(fù)多次． 5．取下白紙，用圓規(guī)找出落點(diǎn)的平均位置點(diǎn)P、點(diǎn)M和點(diǎn)N，用刻度尺測(cè)出lOP、lOM和lON．用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是平均落點(diǎn)． 6．改變點(diǎn)C位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟． 四、數(shù)據(jù)分析 將測(cè)量的數(shù)據(jù)記入你設(shè)計(jì)的表格中，并分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論． 五、誤差分析 實(shí)驗(yàn)所研究的過程是兩個(gè)不同質(zhì)量的球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件．實(shí)驗(yàn)中兩球心高度不在同一水平面上，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差．每次靜止釋放入射小球的釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時(shí)內(nèi)力越大，動(dòng)量守恒的誤差越?。畱?yīng)進(jìn)行多次碰撞，落點(diǎn)取平均位置來確定，以減小偶然誤差． 六、注意事項(xiàng) 1．入射小球質(zhì)量m1應(yīng)大于被碰小球質(zhì)量m2，若入射小球質(zhì)量小于被碰小球質(zhì)量，則入射小球會(huì)被反彈，滾回斜槽后再返回拋出點(diǎn)過程中克服摩擦力做功，飛出時(shí)的速度大小小于碰撞剛結(jié)束時(shí)的速度大小，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差． 2．斜槽末端的切線必須水平． 3．入射小球與被碰小球的球心連線與入射小球的初速度方向一致． 4．入射小球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下． 5．地面應(yīng)水平，白紙鋪好后，實(shí)驗(yàn)過程中不能移動(dòng)，否則會(huì)造成很大的誤差． 類型一　實(shí)驗(yàn)原理與操作 【典例1】　用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系． (1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通過僅測(cè)量________(填選項(xiàng)前的序號(hào))，間接地解決這個(gè)問題． A．小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程 B．小球拋出點(diǎn)距地面的高度H C．小球開始釋放時(shí)的高度h (2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影．實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)的位置P，測(cè)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(xiàng)前的符號(hào))． A．測(cè)量小球m1開始釋放時(shí)的高度h B．用天平測(cè)量兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2 C．測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N E．測(cè)量平拋射程OM、ON [解析]　(1)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是在落地高度不變的情況下，可以通過測(cè)水平射程來體現(xiàn)速度，故答案是A． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)的位置P，測(cè)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)．測(cè)量平均落點(diǎn)的位置，找到相碰后兩小球平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移，因此步驟中D、E是必需的，而且D要在E之前．至于用天平稱質(zhì)量先后均可以，所以答案是BDE或DEB． [答案]　(1)A　(2)BDE或DEB 類型二　數(shù)據(jù)處理和注意事項(xiàng) 【典例2】　如圖所示為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖． (1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則________． A．m1>m2，r1>r2　 B．m1

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