2019高考物理一轮复习 第六章 动量守恒定律 力学三大观点 实验7 验证动量守恒定律课件 新人教版.ppt
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实验7验证动量守恒定律 一 实验目的验证动量守恒定律 二 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度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 三 实验方案实验方案1 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 测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度 改变滑块的质量 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 实验方案2 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 实验方案3 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 如图所示安装实验装置 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 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 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 实验方案4 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律1 测质量 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 安装 如图所示安装实验装置 调整固定斜槽使斜槽底端水平 3 铺纸 白纸在下 复写纸在上 记下重垂线所指的位置O 4 放球找点 不放被撞小球 每次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 碰撞找点 把被撞小球放在斜槽末端 每次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和被撞小球落点的平均位置N 如图所示 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 探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变 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 1 碰撞是否为一维 2 实验是否满足动量守恒的条件 如气垫导轨是否水平 两球是否等大 用长木板实验时是否平衡掉摩擦力 2 偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量 命题点一 命题点二 教材原型实验例1 2017 广西南宁兴宁区期末 如图所示 用碰撞实验器可以验证动量守恒定律 即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 命题点一 命题点二 1 实验中 直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的 但是 可以通过仅测量 填选项前的符号 间接地解决这个问题 A 小球开始释放高度hB 小球抛出点距地面的高度HC 小球做平抛运动的射程 命题点一 命题点二 2 图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影 实验时先让入射球m1多次从斜轨上Q位置静止释放 找到其平均落地点的位置P 测量平抛射程OP 然后 把被碰小球m2静置于轨道的水平部分 再将入射球m1从斜轨上Q位置静止释放 与小球m2相碰 并多次重复 接下来要完成的必要步骤是 填选项前的符号 A 用天平测量两个小球的质量m1 m2B 测量小球m1开始释放高度hC 测量抛出点距地面的高度HD 分别找到m1 m2相碰后平均落地点的位置M NE 测量平抛射程OM ON 命题点一 命题点二 3 若两球相碰前后的动量守恒 其表达式可表示为 用 2 中测量的量表示 若碰撞是弹性碰撞 那么还应满足的表达式为 用 2 中测量的量表示 命题点一 命题点二 命题点一 命题点二 思维点拨验证动量守恒定律实验中 质量可测而瞬时速度较难 因此采用了落地高度不变的情况下 水平射程来反映平抛的初速度大小 所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度 过程中小球释放高度不需要测量 小球抛出高度也不要求测量 最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒 命题点一 命题点二 例2 2017 四川成都武侯区模拟 气垫导轨是常用的一种实验仪器 它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫 使滑块悬浮在导轨上 滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦 我们可以用带竖直挡板C D的气垫导轨和滑块A B探究碰撞中的不变量 实验装置如图所示 弹簧的长度忽略不计 采用的实验步骤如下 a 用天平分别测出滑块A B的质量mA mB b 调整气垫导轨 使导轨处于水平 c 在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧 用电动卡销锁定 静止放置在气垫导轨上 命题点一 命题点二 d 用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离l1 e 按下电钮放开卡销 同时分别记录滑块A B运动时间的计时器开始工作 当A B滑块分别碰撞挡板C D时计时结束 记下A B分别到达C D的运动时间t1和t2 1 实验中还应测量的物理量及其符号是 2 作用前A B两滑块质量与速度乘积之和为 作用后A B两滑块质量与速度乘积之和为 3 作用前 后A B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等 产生误差的原因有 至少答出两点 命题点一 命题点二 解析 1 实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离l2 3 产生误差的原因 l1 l2 t1 t2 mA mB的数据测量误差 没有考虑弹簧推动滑块的加速过程 滑块并不是做标准的匀速直线运动 滑块与导轨间有少许摩擦力 气垫导轨不完全水平 思维点拨A B两滑块被压缩的弹簧弹开后 在气垫导轨上运动时可视为匀速运动 因此只要测出A与C的距离l1 B与D的距离l2及A到C B到D的时间t1和t2 测出两滑块的质量 就可以探究碰撞中的不变量 命题点一 命题点二 创新实验例3 2017 吉林长春南关区期末 在验证动量守恒定律的实验中 某同学用如图所示的装置进行如下的实验操作 先将斜槽轨道的末端调整水平 在一块平木板表面钉上白纸和复写纸 并将该木板竖直立于槽口处 使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放 小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O 命题点一 命题点二 将木板向远离槽口平移一段距离 再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放 小球撞到木板上得到痕迹B 然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端 小球a仍从原来挡板处由静止释放 与小球b相碰后 两球撞在木板上得到痕迹A和C 用天平测量a b的质量分别为ma mb 用刻度尺测量纸上O点到A B C三点的竖直距离分别为y1 y2 y3 1 小球a与小球b相碰后 两球撞在木板上得到痕迹A和C 其中小球a撞在木板上的 选填 A 或 C 点 2 用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒 其表达式为 仅用ma mb y1 y2 y3表示 命题点一 命题点二 解析 1 碰后va vb 所以a撞在木板上的C点 思维点拨 1 抓住碰撞后a球的速度小于b球 结合水平位移相等得出平抛运动的时间大小关系 从而确定下降的高度大小关系 确定出落点的位置 2 抓住碰撞前的总动量和碰撞后的总动量相等 结合平抛运动的规律表示出速度 从而得出验证的表达式 命题点一 命题点二 例4 2017 江西南昌期末 现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律 在图甲中 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 命题点一 命题点二 实验测得滑块A的质量m1 0 30kg 滑块B的质量m2 0 10kg 遮光片的宽度d 0 90cm 打点计时器所用交变电流的频率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 tB 3 50ms 碰撞前后打出的纸带如图乙所示 则碰撞后A B两物体的动量分别为kg m s kg m s 本次实验的相对误差绝对值 为 本题计算结果全部保留两位有效数字 命题点一 命题点二 答案 0 290 268 3 思维点拨根据图示由纸带求出滑块速度及根据光电门求出速度 然后求出碰撞前后的动量 根据题目要求判断动量 从而求出相对误差 1 2017 山东菏泽期末 右图是用来验证动量守恒的实验装置 弹性球1用细线悬挂于O点 O点下方桌子的边缘有一竖直立柱 实验时 调节悬点 使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高 将球1拉到A点 并使之静止 同时把球2放在立柱上 释放球1 当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞 碰后球1向左最远可摆到B点 球2落到水平地面上的C点 测出有关数据即可验证1 2两球碰撞时动量守恒 现已测出A点离水平桌面的距离为a B点离水平桌面的距离为b C点与桌子边沿间的水平距离为c 1 还需要测量的量是 和 2 根据测量的数据 该实验中动量守恒的表达式为 忽略小球的大小 答案 1 弹性球1 2的质量m1 m2立柱高h桌面离水平地面的高度h0 解析 1 要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化 根据弹性球1碰撞前后的高度a和b 由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度 故只要再测量弹性球1的质量m1 就能求出弹性球1的动量变化 根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度h0就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化 故只要测量弹性球2的质量和立柱高h 桌面离水平地面的高度h0就能求出弹性球2的动量变化 2 根据 1 的解析可以写出动量守恒的方程 2 2017 山东日照二模 为了验证动量守恒定律 图甲所示的气垫导轨上放着两个滑块 滑块A的质量为500g 滑块B的质量为200g 每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连 两个打点计时器的频率均为50Hz 调节设备使气垫导轨正常工作后 接通两个打点计时器的电源 并让两个滑块以不同的速度相向运动 碰撞后粘在一起继续运动 图乙为纸带上选取的计数点 每两个计数点之间还有四个点没有画出 1 判断气垫导轨是否处于水平 下列措施可行的是 填字母代号 A 将某个滑块轻放在气垫导轨上 看滑块是否静止B 让两个滑块相向运动 看是否在轨道的中点位置碰撞C 给某个滑块一个初速度 看滑块是否做匀速直线运动D 测量气垫导轨的两个支架是否一样高 2 根据图乙提供的纸带 计算碰撞前两滑块的总动量大小p kg m s 碰撞后两滑块的总动量大小为p kg m s 多次实验 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 结果保留两位有效数字 答案 1 AC 2 0 280 28解析 1 气垫导轨处于水平 滑块受力平衡 故如果将滑块轻放在气垫导轨上 滑块应静止 而如果给滑块一初速度 则滑块将做匀速运动 而两滑块相向运动时 在中点相遇 因速度不同 故不一定说明它们做匀速运动 导轨两支架水平但如果桌面不平则也不会水平 故测量支架高度的方法也不可行 故AC正确 BD错误 2 由题意可知 图中两点间的时间间隔为T 0 02 5s 0 1s 碰前A在0 1s内的位移为xA 8 02cm 0 0802m B的位移为xB 6 00cm 0 0600m 碰后共同在0 1s内的位移为x 4 00cm 0 0400m 碰后的动量为p2 mA mB v 0 5 0 2 0 4kg m s 0 28kg m s 3 2017 河北故城县月考 如图甲所示 用碰撞实验器可以验证动量守恒定律 即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 1 经测定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示 碰撞前后m1的动量分别为p1与p1 则p1 p1 11 若碰撞结束时m2的动量为p2 则p1 p2 11 实验结果说明 碰撞前后总动量的比值 2 有同学认为 在上述实验中仅更换两个小球的材质 其他条件不变 可以使被碰小球做平抛运动的射程增大 请你用 1 中已知的数据 分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为cm 答案 1 142 91 1 1 01均可 2 76 8 4 2017 山东东营利津县月考 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验 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 他设计的装置如图甲所示 在小车A后连着纸带 电磁打点计时器所用电源频率为50Hz 长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点间距 已标在图上 A为运动的起点 则应选段来计算A碰前的速度 应选段来计算A和B碰后的共同速度 以上两空选填 AB BC CD 或 DE 2 已测得小车A的质量m1 0 4kg 小车B的质量为m2 0 2kg 则碰前两小车的总动量为kg m s 碰后两小车的总动量为kg m s 答案 1 BCDE 2 0 4200 417解析 1 从纸带上打点的情况看 BC段既表示小车做匀速运动 又表示小车有较大速度 因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况 应选用BC段计算小车A碰前的速度 从CD段打点的情况看 小车的运动情况还没稳定 而在DE段内小车运动稳定 故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度 碰撞后A B的总动量p m1 m2 v 0 2 0 4 0 695kg m s 0 417kg m s- 配套讲稿:
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