高考物理一轮复习 13.2实验：验证动量守恒定律课件.ppt

第2节实验 验证动量守恒定律 在一维碰撞中 测出两物体的质量m1和m2碰撞前后两物体的速度v1 v2和v 1 v 2 算出碰撞前的动量p 及碰撞后的动量p 看碰撞前后动量是否守恒 二 实验器材方案一 气垫导轨 光电计时器 重物 弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥等 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 天平 滑块 两个 一 实验原理 方案二 带细线的 铁架台 量角器 坐标纸 胶布等 方案三 光滑长木板 纸带 天平 撞针 橡皮泥 方案四 斜槽 天平 白纸等 三 实验步骤方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验1 测质量 用测出滑块质量 2 安装 正确安装好气垫导轨 摆球 两套 天平 打点计时器 小车 两个 小球 两个 复写纸 天平 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 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 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 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 拉起另一个小球 放下时它们相碰 两小球的质量m1 m2 静止 4 测速度 可以测量小球 从而算出碰撞前对应小球的 测量碰撞后小球 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 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 被拉起的角度 速度 摆起的角度 两小车的质量 两计数点间的距离及时间 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方案四 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律1 用测出两小球的质量 并选定小球为入射小球 2 按图所示安装实验装置 调整固定斜槽使 天平 质量大的 斜槽底端 切线水平 3 白纸在下 复写纸在上且在适当位置铺放好 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 用圆规画把所有的小球落点圈在里面 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和被撞小球落点的平均位置n 如图所示 尽量小的圆 圆心p 6 连接on 测量线段 将测量数据填入表中 最后代入 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 op om on的长度 碰撞系统的动量守恒 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 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 碰撞系统的动量守恒 导轨水平 2 若利用摆球进行实验 两小球静放时球心应在 且刚好接触 摆线竖直 将小球拉起后 两条摆线应在 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 若利用斜槽进行实验 入射球质量要被碰球质量即 m1 m2 防止碰后m1被反弹 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 同一水平线上 同一竖直平面内 大于 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 两球是否等大 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 五 误差分析 例1某同学设计了一个用打点计时器做 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使之做匀速运动 然后与原来静止的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速运动 他设计的具体装置如图甲所示 在小车后连接着纸带 电磁打点计时器使用的电源频率为50hz 长木板垫着小木片以平衡摩擦力 1 若已得到打点纸带如图乙所示 并测得各计数点间距 标在图上 a为运动起点 则应该选择 段来计算a碰前的速度 应选择 段来计算a和b碰后的共同速度 以上空格选填 ab bc cd de 题型一 对实验原理和数据处理的考查 2 已测得小车a的质量m1 0 40kg 小车b的质量m2 0 20kg 由以上测量结果可得碰前m1v0 kg m s 碰后 m1 m2 v共 kg m s 由此得出结论 例2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 且最大摆角成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定律 题型二 实验的创新 1 某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验 气垫导轨装置如图 a 所示 所用的气垫导轨装置由导轨 滑块 弹射架等组成 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 空气会从小孔中喷出 使滑块稳定地漂浮在导轨上 这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 1 下面是实验的主要步骤 安装好气垫导轨 调节气垫导轨的调节旋钮 使导轨水平 向气垫导轨通入压缩空气 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧 将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端 调节打点计时器的高度 直至滑块拖着纸带移动时 纸带始终在水平方向 使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳 把滑块2放在气垫导轨的中间 先 然后 让滑块带动纸带一起运动 取下纸带 重复步骤 选出理想的纸带如图 b 所示 接通打点计时器的电源 放开滑块1 测得滑块1的质量310g 滑块2 包括橡皮泥 的质量为205g 完善实验步骤 的内容 2 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 计算可知两滑块相互作用前系统的总动量为kg m s 两滑块相互作用后系统的总动量为kg m s 保留三位有效数字 3 试说明 2 中两结果不完全相等的主要原因是 0 620 0 618 纸带与打点计时器限位孔间存在摩擦 2 某同学用图所示的装置通过半径相同的a b两球 ma mb 的碰撞来验证动量守恒定律 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 图甲中o点是水平槽末端r在记录纸上的垂直投影点 b球落点痕迹如图乙所示 其中米尺水平放置 且平行于g r o所在的平面 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 65 7 65 5 65 9均可 2 在以下选项中 哪些是本次实验必须进行的测量 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球落点位置到o点的距离c 测量a球或b球的直径d 测量a球和b球的质量 或两球质量之比 e 测量o点相对于水平槽面的高度 abd 3 实验中 对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 a 释放点越低 小球受阻力越小 入射小球速度越小 误差越小b 释放点越低 两球碰后水平位移越小 水平位移测量的相对误差越小 两球速度的测量越准确c 释放点越高 两球相碰时 相互作用的内力越大 碰撞前后动量之差越小 误差越小d 释放点越高 入射小球对被碰小球的作用力越大 轨道对被碰小球的阻力越小 c 解析 1 如题图所示 用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面 由此可见圆心c的位置是65 7cm 这也是小球落点的平均位置 2 本实验中要测量的数据有 两个小球的质量m1 m2 三个落点的距离s1 s2 s3 所以应选a b d 3 入射球的释放点越高 入射球碰前速度越大 相碰时内力越大 阻力的影响相对减小 可以较好地满足动量守恒的条件 也有利于减少测量水平位移时的相对误差 从而使实验的误差减小 选项c正确 巩固基础 1 如图所示为 验证碰撞中的动量守恒 的实验装置 1 下列说法中不符合本实验要求的是 a 入射球比靶球质量大或者小均可 但二者的直径必须相同b 在同一组实验的不同碰撞中 每次入射球必须从同一高度由静止释放c 安装轨道时末端的切线必须水平d 需要的测量仪器有天平和刻度尺 a 解析 本题考查碰撞过程中动量守恒定律 1 本实验要求入射球比靶球质量大 故a选项不合要求 每次入射球必须从同一高度由静止释放 才能保证每次入射的初动量相同 故b选项正确 本实验利用平抛运动求速度 把求速度转为求水平方向位移 从而使该实验得到简化 要保证小球每次都做平抛运动 所以轨道末端的切线必须水平 故c选项正确 根据需要验证表达式可知d选项正确 根据动量守恒分析可得 2 在验证碰撞中动量守恒的实验中 实验要证明的是动量守恒定律的成立 即m1v1 m1v1 m2v2 1 按这一公式的要求 需测量两小球的质量和它们碰撞前后的水平速度 但实验中我们只需测量两小球的质量和飞行的水平距离 这是由于小球碰撞后做运动 各球下落高度相同 因而它们的也是相同的 可用小球飞行的水平距离来代表小球的水平速度 平抛 飞行时间 2 实验时 质量分别为m1 m2的球半径大小均为r 且为已知 要完成这个实验 必须补充的测量工具还有 3 由于偶然因素的存在 重复操作时小球落点不完全重合是正常的 落点 如p点 的确定办法是 毫米刻度尺 用一尽可 能小的圆把所有的落点都圈在里面 其圆心位置就是 小球落点的平均位置 4 用图中的符号来表示a b两小球碰撞中动量守恒的表达式是 5 两球质量应满足m1m2 3 气垫导轨 如右图 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 下图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分 在纸带 上以相同间距的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 0 2abs1 0 2abs3 0 2ab s1 s3 0 4abs2 4 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 探究碰撞中的守恒量 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轻弹簧 使弹簧处于水平方向上的压缩状态 提升能力 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 当a和b与固定挡板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 重复几次 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 即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和 使气垫导轨水平 滑块a的左端到挡板c的距离s1 和滑块b的右端到挡板d的距离s2 5 某同学把两个质量不同的木块用细线连接 中间夹一个被压缩了的轻弹簧 如图所示 将此系统置于光滑水平桌面上 烧断细线 观察两物体的运动情况 进行必要的测量 验证两物体相互作用的过程中动量守恒 1 该同学还需具备的器材是 2 需要直接测量的数据是 3 用得到的数据验证动量守恒的关系式是 刻度尺 天平 两木块质量m1 m2及 其做平抛运动的水平位移x1 x2 m1x1 m2x2 6 在 验证动量守恒定律 的实验中 请回答下列问题 1 实验记录如图甲所示 则a球碰前做平抛运动的水平位移是图中的 b球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的 两空均选填 om op 或 on 2 小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力 这对实验结果产生误差 选填 会 或 不会 op on 不会 3 实验装置如图甲所示 a球为入射小球 b球为被碰小球 以下所列举的在实验过程中必须满足的条件是a 入射小球的质量ma 可以小于被碰小球的质量mbb 实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度c 入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放d 斜槽末端的切线必须水平 小球放在斜槽末端处 应能静止 4 在 验证动量守恒定律 的实验中 某同学用如图乙所示的装置进行了如下的操作 d 先调整斜槽轨道 使末端的切线水平 在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸 并将该木板竖直立于靠近槽口处 使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放 撞到木板并在白纸上留下痕迹o 将木板向右平移适当的距离 再使小球a从原固定点由静止释放 撞在木板上并在白纸上留下痕迹b 把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端 让小球a仍从原固定点由静止释放 和小球b相碰后 两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹a和c 7 用如图所示的装置进行 验证动量守恒定律 的实验 1 先测出可视为质点的两