1.2（1）实验：探究动量是否守恒 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、第2节(1)实验：探究动量是否守恒实验目的：探究物体碰撞前后两物体组成的系统总动量的关系实验器材：气垫导轨、滑块(3块)、弹片、天平、光电门、数字毫秒计实验过程：实验一：实验装置如图1所示，用天平称出两质量相等的滑块，装上相同的挡光板，放在气垫导轨的中部两滑块靠在一起，用细线拴住后中间压入弹片，处于静止状态烧断细线，两滑块被弹开并朝相反的方向通过光电门，记录挡光板通过光电门的时间，由v计算滑块的速度，求出两滑块的总动量pmv1mv2.图1计算p的值，并与分开前的总动量比较得出结论实验二：增加其中一个滑块的质量，使其质量是另一侧的2倍，重复实验一的操作，求出两侧滑块的总动量pmv12mv2.计算

2、p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论实验三：把气垫导轨的一半覆盖上牛皮纸，并用胶带固定后，用两块质量相等的滑块，重复实验一的操作，求出两滑块的总动量pmv1mv2.计算p的值，并与分开前的总动量比较，得出结论结论：(1)在光滑气垫导轨上无论两滑块质量是否相等，它们被弹开前的总动量为零，弹开后的总动量也为零(2)两滑块构成的系统受到牛皮纸的摩擦力(外力)后，两滑块相互作用后的总动量不为零，即碰撞前后的总动量发生了变化温馨提示要探究两物体碰撞前后总动量是否守恒，需要测出相互作用前两物体的总动量和相互作用后两物体的总动量要测动量，需要测出两个物体的质量，质量可以利用天平测量，还要测出相互作用前后

3、两物体运动的速度，速度可以在气垫导轨上利用光电门和数字毫秒计计时测量【例1】现利用图2(a)所示的装置验证动量守恒定律在图2(a)中，气垫导轨上有A、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2实验测得滑块A的质量m10.310 kg，滑块B的质量m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f50.0 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tB3.500

4、 ms，碰撞前后打出的纸带如图2(b)所示若实验允许的相对误差绝对值(|100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程答案见解析解析滑块运动的瞬时速度大小v为v式中s为滑块在时间t内走过的路程设纸带上打出相邻两点的时间间隔为T，则T0.02 s设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0、v1，则由图给实验数据代入式可得：v0 m/s2.00 m/sv1 m/s0.970 m/s设B在碰撞后的速度大小为v2，由式有v2代入题中所给的数据可得：v22.86 m/s设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p，则pm1v0pm1v1m2v2两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为|1

5、00%联立式并代入有关数据，可得：1.7%5%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探究两物体作用前后动量是否守恒，气垫导轨装置如图3所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成图3(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；接通光电计时器；把滑块2静止放在气垫导轨的中间；滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；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；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

6、1的挡光时间t110.01 ms，通过光电门2的挡光时间t249.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间t38.35 ms；测出挡光片的宽度d5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2200 g；(2)数据处理与实验结论：实验中气垫导轨的作用是：A._，B_.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；滑块2的速度v3为_m/s；(结果保留两位有效数字)在误差允许的范围内，通过本实验，同学们能否得出两物体相互作用前后总动量是守恒的？答案(2)A.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0.500

7、.100.60能解析(2)A.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滑块1碰撞之前的速度v1 m/s0.50 m/s；滑块1碰撞之后的速度v2 m/s0.10 m/s；滑块2碰撞后的速度v3 m/s0.60 m/s；两物体相互作用前后总动量守恒原因：系统碰撞之前的质量与速度的乘积m1v10.15 kgm/s，系统碰撞之后的质量与速度的乘积之和m1v2m2v30.15 kgm/s1利用气垫导轨“探究两物体相互作用前后动量是否守恒”时，不需要测量的物理量是()A滑块的质量 B挡光时间C挡光片的宽度 D滑块移动的距离答案D解析根据实验原理可知，滑块的质量、挡光时间、

8、挡光片的宽度都是需要测量的物理量，其中滑块的质量用天平测量，挡光时间用光电计时器测量，挡光片的宽度可事先用刻度尺测量；只有滑块移动的距离不需要测量，故选项D正确2某同学设计了一个用打点计时器“探究两物体作用前后动量是否守恒”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4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图4(1)若实验已得到的打点纸带如图5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

9、后的共同速度(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”)图5(2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg.由以上测量结果可得：碰前总动量mAvA_kgm/s；碰后总动量：(mAmB)v共_kgm/s.由此可得结论：在实验允许的范围内，两物体的总动量_(本题计算结果均保留三位有效数字)答案(1)BCDE(2)0.4200.417守恒解析(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 m/s1.05 m/s，碰撞后：vAvBv共 m/s0.695 m/s.碰撞前：mAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/s碰撞后：(mAmB)v共0.600.695 kgm/s0.417 kgm/s由于0.4200.417由此得出的结论是在误差允许的范围内，一维碰撞过程中，两物体的速度与质量的乘积的和保持不变，即作用前后动量守恒.