高考物理大一轮复习 第六章 碰撞与动量守恒 实验七 验证动量守恒定律课件

实验七验证动量守恒定律 实验基础 热点定位 跟踪训练 实验基础 理解落实夯基础 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 斜槽末端的切线必须水平 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放 选质量较大的小球作为入射小球 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 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等 2 偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量 热点定位 重点透析通热点 热点一实验过程的考查 例1 2016 广东实验中学期中 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 先安装好实验装置 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 记下重垂线所指的位置O 接下来的实验步骤如下 步骤1 不放小球2 让小球1从斜槽上A点由静止滚下 并落在地面上 重复多次 用尽可能小的圆 把小球的所有落点圈在里面 其圆心就是小球落点的平均位置 步骤2 把小球2放在斜槽前端边缘位置B 让小球1从A点由静止滚下 使它们碰撞 重复多次 并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置 步骤3 用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M P N离O点的距离 即线段OM OP ON的长度 1 对于上述实验操作 下列说法正确的是 A 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B 斜槽轨道必须光滑C 斜槽轨道末端必须水平D 小球1质量应大于小球2的质量 2 上述实验除需测量线段OM OP ON的长度外 还需要测量的物理量是 A A B两点间的高度差h1B B点离地面的高度h2C 小球1和小球2的质量m1 m2D 小球1和小球2的半径r 3 当所测物理量满足表达式 用所测物理量的字母表示 时 即说明两球碰撞遵守动量守恒定律 如果还满足表达式 用所测物理量的字母表示 时 即说明两球碰撞时无机械能损失 4 完成上述实验后 某实验小组对上述装置进行了改造 如图 乙 所示 在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面 斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接 使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下 重复实验步骤1和2的操作 得到两球落在斜面上的平均落点M P N 用刻度尺测量斜面顶点到M P N 三点的距离分别为L1 L2 L3 则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 用所测物理量的字母表示 核心点拨 本实验必须满足的要求 1 用质量大的球碰撞质量小的球 2 碰撞小球每次都从同一高度滚下 3 斜槽末端必须水平 需要测量的物理量是质量和水平距离 解析 1 因为平抛运动的时间相等 根据v 所以用水平射程可以代替速度 则需测量小球平抛运动的射程 故应保证斜槽末端水平 小球每次都从同一点滑下 同时为了小球2能飞得更远 防止球1反弹 球1的质量应大于球2的质量 故选项A C D正确 B错误 易错警示实验过程出错的原因分析 1 不能准确确定小球的起点与落点 2 不理解实验原理导致对所需测量的物理量不清楚 教师备用 2016 山东潍坊模拟 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 选填 会 或 不会 产生误差 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 解析 1 A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的OP B球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的ON 2 小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力 对于每次滚下的小球的影响都是相同的 因此对小球的末速度无影响 故对实验结果不会产生误差 3 实验中必须满足的条件是 碰撞小球的质量大于被碰小球的质量 小球每次都必须从同一高度滚下 不需要测量小球做平抛运动的时间或高度 故选项D正确 答案 1 OPON 2 不会 3 D 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 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 用天平测量a b两小球的质量分别为ma mb 用刻度尺测量白纸O点到A B C三点的距离分别为y1 y2和y3 用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒 其表达式为 热点二对实验原理和数据处理的考查 例2 2016 河北秦皇岛质检 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 或 DE 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 核心点拨 小车a碰前做匀速运动 碰后与b合为一体也做匀速运动 因此选用纸带上点迹均匀的部分研究 解析 1 分析纸带上的点迹可以看出 BC段既表示小车做匀速运动 又表示小车具有较大的速度 故BC段能准确地描述小车a碰前的运动情况 应当选择BC段计算小车a碰前的速度 而DE段内小车运动稳定 故应选择DE段计算碰后a和b的共同速度 答案 见解析 规律总结正确理解实验原理 准确把握数据处理本实验的原理是利用完全非弹性碰撞来验证动量守恒定律 通过打点计时器所打的纸带来获得实验数据 为了获取碰撞前后的速度 应选择碰撞前后两段匀速运动部分研究 教师备用 2016 北京海淀区质检 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 甲 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 乙 所示 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 解析 1 实验时应先接通打点计时器的电源 再放开滑块1 答案 1 接通打点计时器的电源放开滑块1 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 3 存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔间有摩擦 答案 2 0 6200 618 3 纸带与打点计时器限位孔间有摩擦 热点三实验原理的理解和误差分析 例3 2016 安徽合肥模拟 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 当两摆球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 若本实验允许的相对误差的绝对值最大为4 此实验是否成功地验证了动量守恒定律 答案 见解析 误区警示实验的原理和误差分析实验原理 通过两小球的完全非弹性碰撞 来验证动量守恒定律 同时借助于单摆求出碰撞前后的速度 利用相对误差进行实验的数据处理和实验评价 因此要注意相对误差的计算公式 相对误差 100 教师备用 2016 山东济宁模拟 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 可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A 滑块B验证动量守恒定律 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 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 利用上述测量的实验数据 验证动量守恒定律的表达式是 上式中算得的A B两滑块的动量大小并不完全相等 产生误差的原因有 至少答出两点 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 答案 见解析 热点四实验的创新与改进 新题体验 1 2016 山东威海模拟 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滑块A B的质量分别为m M及滑块与桌面间的动摩擦因数 2 用细线将滑块A B连接 使A B间的轻弹簧处于压缩状态 滑块B恰好紧靠桌边 3 剪断细线 测出滑块B做平拋运动的水平位移x1 滑块A沿水平桌面滑行距离为x2 未滑出桌面 为验证动量守恒定律 写出还需测量的物理量及表示它的字母 如果动量守恒 需要满足的关系式为 2 2016 南京质检 如图所示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点正下方桌子的边沿有一竖直立柱 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 此外 1 还需要测量的量是 和 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和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化 因此测量出弹性球2的质量和立柱高h 桌面高H就能求出弹性球2的动量变化 答案 1 弹性球1 2的质量m1 m2立柱高h桌面高H 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 跟踪训练 即时巩固测效果 1 如图 甲 所示 在水平轨道上停着A B两辆实验小车 A车系一穿过打点计时器的纸带 当A车受到向右的冲量 随即启动打点计时器 A车运动一段距离后 与静止的B车发生碰撞并连在一起运动 纸带记录下碰前A车和碰后两车运动情况如图 乙 所示 不计轨道和空气对小车的阻力 由此可求出A B两车的质量比mA mB 答案 2 1 2 2016 河南洛阳质检 某同学用图 甲 所示装置通过半径相同的A B两球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 图中O点是水平槽末端R在记录纸上垂直投影点 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 解析 1 小球在平抛运动的过程中由于受到空气的阻力以及空气的扰动等原因 落点不可能全部在同一点 所以要画一个尽可能小的圆使10个落点都在圆中 则圆心即为小球B的平均落点 碰撞后B球的水平射程约为64 2cm 答案 1 64 2 2 在以下选项中 哪些不是本次实验必须进行的测量 答 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球落点位置到O点的距离 C 测量A球与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G点相对于水平槽面的高度 答案 2 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 解析 3 入射小球的释放点越高 入射小球碰前速度越大 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 也有利于减小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 答案 1 64 2 2 ABD 3 C 3 气垫导轨上有A B两个滑块 开始时两个滑块静止 它们之间有一根被压缩的轻质弹簧 滑块间用绳子连接 如图 甲 所示 绳子烧断后 两个滑块向相反方向运动 图 乙 为它们运动过程的频闪照片 频闪的频率为10Hz 由图可知 1 A B离开弹簧后 应该做运动 已知滑块A B的质量分别为200g 300g 根据照片记录的信息 从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符的地方是 解析 1 A B离开弹簧后因水平方向不再受外力作用 所以均做匀速直线运动 在离开弹簧前A B均做加速运动 A B两滑块的第一个间隔应该比后面匀速时相邻间隔的长度小 答案 1 匀速直线A B两滑块的第一个间隔 2 若不计此失误 分开后 A的动量大小为kg m s B的动量的大小为kg m s 本实验中得出 在实验误差允许范围内 两滑块组成的系统动量守恒 这一结论的依据是 答案 2 0