考点考级 实验原理与实验操作(Ⅰ) 实验数据处理与误差分析(Ⅰ) 命题点 命题点：对实验原理与实验操作的考查 命题点：实验数据处理与误差分析 命题点1：利用等长摆球一维碰撞 实验拓展与创新(Ⅰ) 命题点2：利用打点计时器进行验证 命题点3：教材原型实验的拓展 ———— 考查频率 ———— 2014·课标卷Ⅱ，35(2)
一、实验原理
在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．
二、实验方案
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．测质量：用天平测出滑块质量． 2．安装：正确安装好气垫导轨．
3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量，②改变滑块的初速度大小和方向)．
4．验证：一维碰撞中的动量守恒．
方案二： 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 1．测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. 2．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．
3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．
4．测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．
5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验． 6．验证：一维碰撞中的动量守恒．
方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验
1．测质量：用天平测出两小车的质量．
2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．
3．实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．
Δx
4．测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝算出速度．
Δt5．改变条件：改变碰撞条件，重复实验． 6．验证：一维碰撞中的动量守恒．
方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律
1．用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球． 2．按照如图所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平．
3．白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O.
4．不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心P就是小球落点的平均位置．
5．把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.如图所示．
6．连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否成立．
7．整理好实验器材放回原处．
8．实验结论：在实验误差范围内，碰撞系统的动量守恒． 三、数据处理 1．速度的测量
Δx
方案一：滑块速度的测量：v＝.式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也
Δt可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．
方案二：摆球速度的测量：v＝2gh.式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)．
Δx
方案三：小车速度的测量：v＝.式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测
Δt量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出．
2．验证的表达式
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.
方案四：验证的表达式为m1OP＝m1OM＋m2ON 四、注意事项 1．前提条件
碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”． 2．方案提醒
(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． (2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．
(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力． (4)若利用斜槽小球碰撞应注意： ①斜槽末端的切线必须水平．
②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放． ③选质量较大的小球作为入射小球．
④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变． 3．探究结论
寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变． 五、误差分析 1．系统误差
主要来源于装置本身是否符合要求，即 (1)碰撞是否为一维碰撞．
(2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两摆球是否等大，利用长木板实验是否平衡掉摩擦力．
2．偶然误差
主要来源于质量m和速度v的测量.
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