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预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义高中物理·选修3-5·教科版1.3动量守恒定律的应用第五课时实验：探究动量守恒定律预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义[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．预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义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．预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义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1－7－1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(如预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义图1－7－2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1－7－2预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义(1)质量的测量：用_____测量．(2)速度的测量：用___________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)经过光电门的时间，则v＝ΔxΔt.图1－7－2天平光电计时器课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律实验步骤1．如图1－7－2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1－7－3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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律图1－7－34．如图1－7－4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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律图1－7－45．如图1－7－5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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律图1－7－5课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律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实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变．碰撞(烧断)前碰撞(烧断)后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(m·s－1)v1v2v1′v2′mv(kg·m·s－1)m1v1＋m2v2m1v1′＋m2v2′结论课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律典例分析【例1】(2014·课标Ⅱ)现利用图1－7－6(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、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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律图1－7－6课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.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＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示．若实验允许的相对误差绝对值(|碰撞前后总动量之差碰前总动量|×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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律答案见解析解析滑块运动的瞬时速度大小v为v＝ΔsΔt①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T＝1f＝0.02s②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＝4.00×10－20.02m/s＝2.00m/s③课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律v1＝1.94×10－20.02m/s＝0.970m/s④设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝dΔtB⑤代入题所给的数据可得：v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δγ＝|p－p′p|×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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律【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1－7－7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．(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；图1－7－7课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律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＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200g；(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；滑块2的速度v3为________m/s；(结果保留两位有效数字)课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律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．________________________．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．②0.500.100.60③a.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课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律解析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．②滑块1碰撞之前的速度v1＝dΔt1＝5×10－310.01×10－3m/s＝0.50m/s；滑块1碰撞之后的速度v2＝dΔt2＝5×10－349.99×10－3m/s＝0.10m/s；滑块2碰撞后的速度v3＝dΔt3＝5×10－38.35×10－3m/s＝0.60m/s；课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律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＝0.15kgm/s，系统碰撞之后的质量与速度的乘积之和m1v2＋m2v3＝0.15kg·m/sb．碰撞前后总动能不变．原因：碰撞前的总动能Ek1＝12m1v21＝0.0375J碰撞之后的总动能Ek2＝12m1v22＋12m2v23＝0.0375J所以碰撞前后总动能相等．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律【例3】(2014·松原高二检测)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1－7－8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50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．图1－7－8课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律(1)若实验已得到的打点纸带如图1－7－9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”)．(2)已测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg.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1－7－9课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律由此得出结论是_____________________________________．(本题计算结果均保留三位有效数字)答案(1)BCDE(2)0.4200.417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．课堂讲义预习导学课堂讲义7实验：探究动量守恒定律碰撞前：mAvA＝0.40×1.05kg·m/s＝0.420kg·m/s碰撞后：(mA＋mB)v共＝0.60×0.695kg·m/s＝0.417kg·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.(2)碰撞前：vA＝BC－Δt＝0.10500.1m/s＝1.05m/s，碰撞后：vA′＝vB′＝v共＝DE－Δt＝0.06950.1m/s＝0.695m/s.预习导学7实验：探究动量守恒定律预习导学课堂讲义再见