1、1.3 动量守恒定律的应用 第五课时实验：探究动量守恒定律实验目的探究物体碰撞中动量变化的规律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pm1v1m2v2，碰后动量pm1v1m2v2，看p与p是否相等，从而验证动量守恒定律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
2、、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图2(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x为滑块(挡光片)的宽度，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间，则v.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
3、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图34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图45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56根据上述各次碰撞的实验数据寻找物体碰撞中
4、动量变化的规律气垫导轨实验数据记录表碰撞(烧断)前碰撞(烧断)后质量m(kg)m1m2m1m2速度v(ms1)v1v2v1v2mv(kgms1)m1v1m2v2m1v1m2v2结论实验结论：碰撞前后两滑块的动量之和保持不变典例分析例1为了探究碰撞中动量变化的规律，实验最好在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用频闪摄像的方法每隔0.4秒的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图6所示，已知A、B之间的质量关系是mB1.5mA，拍摄共进行了4次
5、，第一次是在两滑块碰撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm至105 cm这段范围内运动(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：图6(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体总动量是否改变解析(1)分析题图可知碰撞后从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1 s0.2 s由此可知，从第一张拍摄照片到发生碰撞的时间是t2(0.40.2) s0.2 s则碰撞前B物体的速度为vB m/s1.0 m/s由题意得vA0.(2)碰撞前：mAvAmBvB1.5mA碰撞后：mAvAmBv
6、B0.75mA0.75mA1.5mA，所以mAvAmBvBmAvAmBvB，即碰撞前后两个物体总动量不变答案见解析例2某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中动量变化的规律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图7所示在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力图7(1)若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间的距离标在图上，A为运动起始的第一点则应选_段来计算小车A的碰前速度，应选_段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“
7、CD”或“DE”)图8(2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，由以上的测量结果可得：碰前两小车的总动量为_ kgm/s，碰后两小车的总动量为_ kgm/s.解析(1)因小车做匀速运动，应取纸带上打点均匀的一段来计算速度，碰前BC段点距相等，碰后DE段点距相等，故取BC段、DE段分别计算碰前小车A的速度和碰后小车A和小车B的共同速度(2)碰前小车速度vA m/s1.05 m/s其动量pAmAvA0.401.05 kgm/s0.420 kgm/s碰后小车A和小车B的共同速度vAB m/s0.695 m/s碰后总动量pAB(mAmB)vAB(0.400.20)0.
8、695 kgm/s0.417 kgm/s从上面计算可知：在实验误差允许的范围内，碰撞前后总动量不变答案(1)BCDE(2)0.4200.417点拨(1)实验前要把木板的一端垫起，以平衡摩擦力(2)此实验关键是求小车的速度，而小车碰撞前后速度的求解方法是利用纸带上匀速运动过程求解为了减小测量的相对误差，应多测几个间距来求解速度例3如图9所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究碰撞中动量变化的实验：图9(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状
9、态(2)按下开关使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值请回答以下几个问题：在调整气垫导轨时应注意_；应测量的数据还有_；作用前A、B两滑块的速度与质量乘积之和为_，作用后A、B两滑块的速度与质量乘积之和为_解析为了保证A、B两滑块作用后做匀速直线运动，必须使气垫导轨水平，需要用水平仪加以调试要求出A、B两滑块在卡销放开后的速度，需测出A至C的运动时间t1和B至D的运动时间t2，并且要测量出两滑块到挡板的距离x1和x2，再由公式v分别求出其速度设向左为正方向，根据所测数据求得两滑块的速度分别为vA，vB.碰前两滑块静止，v0，速度与质量乘积之和为0，碰后两滑块的速度与质量乘积之和为(Mm)M.答案用水平仪测量使导轨水平A至C的距离x1、B至D的距离x20(Mm)M
