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关于《动量守恒定律》演示实验的创新设计
作者: 朱建山 来源:物理教学探讨 点击:22733次 评论:0
     

1 原教材的有关内容

 

如图1所示,把两个质量相等的小车静止地放在光滑的水平木板上,它们之间装有弹簧,并用细线把它们拴在一起。这时它们的总动量为零。

 

 

剪断细线,它们被弹开,向相反的方向运动。可以看到小车同时撞到距弹开处等距离的挡板上,这表示两小车弹开后速度的大小相同。已知两小车的质量相等,可见弹开后两小车的动量大小是相等的,而它们的动量的方向相反,所以总动量即动量的矢量和为零。

 

如果一个小车的质量是另一个的两倍,可以看到质量大的小车的速率约为另一个的一半,两小车的总动量仍为零。

 

实验表明,两辆小车在相互作用前后,它们的总动量是相等的。

 

2 教材所述方案的不当之处

 

2.1在第四行中“可以看到小车同时撞到距弹开处等距离的挡板上,这表明两小车弹开后速度的大小相同。”由于小车运动时间很短,同时还有阻力的影响,实际操作中我们很难看出两车是不是真正同时到达等距离的挡板上。作为定量实验研究,“看上去”“差不多”等说法是很不严谨的,也是很不科学的,学生会很自然的提出问题:就那么肯定,会不会有点差距?

 

2.2第三段中“可以看到质量大的小车的速率约为另一个的一半,两小车的总动量仍为零。”在这里由于两车的质量不同,所受摩擦阻力的大小相差很大,小车之所以停下来也正是因为阻力的影响,实现将挡板放在预先设定的位置缺乏说服力,难以令人信服。概括说就是小车运动时间无法控制。

 

2.3有条件的学校也有采用气垫导轨配合光控门、数字计时装置(图2),虽然很准确,但是要对仪器了解和操作及进行复杂的数学计算,很难让学生在短短的一节新课中理解和领会,同时也会冲淡主题。再者,此装置价格昂贵,条件好的学校也仅一两套而已,难以普及推广。

 

 

3 创新实验设计的优越性

 

实验装置如图3。

 

3.1由于本装置的阻力已经有了最大限度的减少,运用理想化方法,忽略阻力的影响,利用一个轻质弹簧,使两个小球受到相互作用的弹力之后做平抛运动。根据平抛运动的知识,小球的运动时间由高度决定(),而两球高度相同,故可以控制两球

运动时间相等。(在教学中还可以说明这是控制变量实验法)

 

3.2根据平抛运动知识,小球在水平方向做匀速直线运动,由于两球运动时间相等,故由v=s/t知,只要测出两球的水平位移,动量守恒定律就转换成,而进一步简化即,对于m、s的测量,平抛运动知识和实验学生都是在高一已经学过的重要内容。在此,也体现了转换法的实验方法。

 

3.3本装置结构简单,操作简便,成功率高,误差很少。特别是制作成本低(不足十元),生产方便,从实用性和科学性方面来讲,既能够很好完成实验验证,又可以对学生进行创新思维的训练,可谓价廉物美,一举两得。

 

3.4只要对本装置中的弹簧部件移到某一端,该装置又可以演示各类碰撞问题了,可以说用很简单的器材达到了最理想的效果。

 

更新:2006/8/26 6:32:39 编辑:fengyefy
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