1、第二讲 实验：探究碰撞中的不变量1气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验现提供以下实验器材：(名称、图像、编号如图所示)利用以上实验器材还可以完成“验证动量守恒定律”的实验为完成此实验，某同学将实验原理设定为 m1v0( m1 m2)v(1)针对此原理，我们应选择的器材编号为：_；(2)在我们所选的器材中：_器材对应原理中的 m1(填写器材编号)答案 ABC B2在用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”实验时，入射球 a 的质量为 m1，被碰球 b 的质量为 m2，小球的半径为 r，各小球
2、的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是( )A入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B让入射球与被碰球连续 10 次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下C要验证的表达式是 m1 m1 m2ON OM OPD要验证的表达式是 m1 m1 m2OP OM ONE要验证的表达式是 m1( 2 r) m1( 2 r) m2OP OM ON解析 在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止反弹或静止，故 A 错；入射球每次滚下必须从斜槽的同一位置，保证每次碰撞都具有相同的初动量，故 B 错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为 m1 m1 m2 ，D 对
3、，C、E 错OP OM ON答案 D3某同学用图所示装置通过半径相同的 A、 B 两球的碰撞来验证 mv 的矢量和在碰撞中是守恒的图中 PQ 是斜槽， QR 为水平槽实验时先使 A 球从斜槽上某一固定位置 G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作 10 次，得到 10 个落点痕迹再把 B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让 A 球仍从位置 G 由静止开始滚下，和B 球碰撞后， A、 B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作 10 次图中 O点是水平槽末端 R 在记录纸上的垂直投影点， B 球落点痕迹如图所示，其中米尺水平放置，且平行于 G、 R、 O 所在
4、的平面，米尺的零点与 O 点对齐(1)碰撞后 B 球的水平射程应取为_cm.(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量_(填选项号)A水平槽上未放 B 球时，测量 A 球落点位置到 O 点的距离B A 球与 B 球碰撞后，测量 A、 B 球落点位置到 O 点的距离C测量 A 球和 B 球的质量(或两球质量之比)D测量 G 点相对水平槽面的高度解析 本题考查到实验原理及数据的读取(1)用圆规画最小的圆把 10 个落点圈在里面，圆心位置是小球落点平均位置(2)A、B 选项测量了两球平抛运动的水平射程，有了水平射程才能表示两球在碰撞前后的速率，而质量是必须测量的，所以必须测量的是 A、B、C.
5、答案 (1)64.7(64.265.2 均可)(2)ABC4如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板 C 和 D 的气垫导轨和有固定挡板的质量都是 M 的滑块 A 和 B 做“探究碰撞中的不变量”的实验，实验步骤如下：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 的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，在 A 和 B 与挡板 C和 D 碰撞同时，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；重复几次
6、取 t1和 t2的平均值(1)在调整气垫导轨时应注意_；(2)应测量的数据还有_；(3)只要关系式_成立，即可得出碰撞中不变的量是 mv 的矢量和答案 (1)使气垫导轨水平(2)滑块 A 的左端到挡板 C 的距离 x1和滑块 B 的右端到挡板 D 的距离 x2(3)(M m) Mx1t1 x2t25气垫导轨(如上图)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为 a 的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为
7、 b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的 6 个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度 s1、 s2和 s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_重复上述实验，多做几次若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证解析 打点周期 T ， s1、 s2、 s3均用时 .碰前其中一滑块的动量 p1 mv1 m a .1b 5b s1t bs1
8、5碰前另一滑块的动量 p2 mv2 m a ，故碰前总动量 p p1 p20.2A b(s1 s3)，s3t bs35同理碰后总动量p2 m 0.4A bs2.s2t答案 0.2A bs1 0.2 abs3 0.2 ab(s1 s3) 0.4 abs26某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度， A、 B 两摆球均很小，质量之比为 1：2.当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触向右上方拉动 B 球使其摆线伸直并与竖直方向成 45角，然后将其由静止释放结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为 30.若本实验允许的最大误差为4%，此实验是否成功地验证了动量守恒
9、定律？解析 设摆球 A、 B 的质量分别为 mA、 mB，摆长为 l， B 球的初始高度为 h1；碰撞前 B 球的速度为 vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h1 l(1cos45) mBv mBgh1 12 2B设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为 p1、 p2，有p1 mBvB 联立式得p1 mB 2gl 1 同理可得p2( mA mB) 2gl 1 cos30联立式得 p2p1 mA mBmB 1 cos301 cos45代入已知条件得21.03(p2p1)由此可以推出| |4%p2 p1p1所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律答案 此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律
