实验验证动量守恒定律

1、RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (对应学生用书对应学生用书P240) 一、实验目的一、实验目的 1验证一维碰撞中的动量守恒验证一维碰撞中的动量守恒 2探究一维弹性碰撞的特点探究一维弹性碰撞的特点 二、实验原理二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度和碰撞前后物体的速度v、v， 找出碰撞前的动量找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看，看 碰撞前后动量是否守恒碰撞前后动量是否守恒 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复

2、习新课标高考总复习 三、实验器材三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个两个)、重物、弹、重物、弹 簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥 方案二：带细线的摆球方案二：带细线的摆球(两套两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、铁架台、天平、量角器、坐标纸、 胶布等胶布等 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个两个)、天平、天平、 撞针、橡皮泥撞针、橡皮泥 方案四：斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、方案四：斜槽、大小相等质量不同

3、的小钢球两个、重垂线一条、 白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 四、实验步骤四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验方案一：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测质量：用天平测出滑块质量 2.安装：正确安装好气垫导轨安装：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改变滑块的质量改变滑块的初速度大

4、小和 方向方向) 4.验证：一维碰撞中的动量守恒验证：一维碰撞中的动量守恒 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验方案二：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测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰

5、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验证：一维碰撞中的动量守恒 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (对应学生用书对应学生用书P241) 要点一要点一注意事项注意事项 1.前提条件：碰撞的两物体应保证前提条件：碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰” 2方案

6、提醒：方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，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注意利用水平仪确保导轨水平 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (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，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平面且刚好接触，摆线竖直将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面 内内 (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 擦力擦力 (4)若利用斜槽小

7、球碰撞应注意：若利用斜槽小球碰撞应注意： 斜槽末端的切线必须水平；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；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；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探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 要点二要点二误差分析误差分析 1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：系

8、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；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：主要来源于质量偶然误差：主要来源于质量m和速度和速度v的测量的测量 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 某同学用如右图所示装置来验证动量守恒定律，让质量为某同学用如右图所示装置来验证动量守恒定律，让质量为m1的小的小 球从斜糟某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端质量为球从斜糟某处由静止

9、开始滚下，与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生的小球发生 碰撞碰撞 (1)实验中必须要求的条件是实验中必须要求的条件是_ A斜槽必须是光滑的斜槽必须是光滑的 B斜槽末端的切线必须水平斜槽末端的切线必须水平 Cm1与与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 Dm1每次必须从同一高度处滚下每次必须从同一高度处滚下 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (2)实验中必须测量的物理量是实验中必须测量的物理量是_ A小球的质量小球的质量m1和和m2 B小球起始高度小球起始高度h C小球半径小球半径R1和和R2 D小球起飞的时间小球起飞的时间t E桌面离地面的

10、高度桌面离地面的高度H F小球飞出的水平距离小球飞出的水平距离s 解析解析本题考查验证动量守恒定律实验的基本原理和实验方本题考查验证动量守恒定律实验的基本原理和实验方 法法 (1)实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球 碰后均平抛，两球心必须在同一高度，要保证小球碰后均平抛，两球心必须在同一高度，要保证小球m1碰前速度不变，碰前速度不变，m 1每次必须从同一高度滚下，斜槽没必要保证光滑，故 每次必须从同一高度滚下，斜槽没必要保证光滑，故B、C、D正确正确 (2)必须测量两球质量必须测量两球质量m1、m2和小球平抛的水平距离，

11、故选和小球平抛的水平距离，故选A、F. 答案答案(1)BCD(2)AF RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (对应学生用书对应学生用书P241) 题型一题型一实验原理的理解和误差分析实验原理的理解和误差分析 例例1(2011辽宁模拟辽宁模拟)某同学利用打点计时器和气垫导轨做某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验验 证动量守恒定律证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如下图的实验，气垫导轨装置如下图(a)所示，所用的气垫导所示，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

12、小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小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轨之间的摩擦而引起的误差 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (1)下面是实验的主要步骤：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；安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨空腔内通入压缩空气；向气垫导轨空腔内通入压缩空气； 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹

13、射架的外侧，将纸带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；度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向； 使滑块使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 把滑块把滑块2放在气垫导轨的中间；放在气垫导轨的中间； RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 先先_，然后，然后_，让滑块带动纸，让滑块带动纸 带一起运动；带一起运动； 取下纸带重复步骤，选出理想的纸带如上图

14、取下纸带重复步骤，选出理想的纸带如上图(b)所示；所示； 测得滑块测得滑块1的质量的质量310 g，滑块，滑块2(包括橡皮泥包括橡皮泥)的质量为的质量为205 g. 完善实验步骤的内容完善实验步骤的内容 (2)已知打点计时器每隔已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用打一个点，计算可知两滑块相互作用 以前系统的总动量为以前系统的总动量为_kgm/s；两滑块相互作用以后系统；两滑块相互作用以后系统 的总动量为的总动量为_kgm/s.(保留三位有效数字保留三位有效数字) (3)试说明试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是中两结果不完全相等的主要原因是_ _ RJRJ版版

15、物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 答案答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块接通打点计时器的电源放开滑块1 (2)0.6200.618 (3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦纸带与打点计时器限位孔间有摩擦 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 题型二题型二实验数据的处理实验数据的处理 例例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，长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为两摆球均很小，质量之比为1 2.当两当两 摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触向右上方拉动摆均处于

16、自由静止状态时，其侧面刚好接触向右上方拉动B球使其摆球使其摆 线伸直并与竖直方向成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？此实验是否成功地验证了动量守恒定律？ RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 答案答案见解析见解析 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (对应学生用书对应学生用书P24

17、2) 1某同学用下图甲所示的装置通过半径相同的某同学用下图甲所示的装置通过半径相同的A、B两球两球(mAmB) 的碰撞来验证动量守恒定律图中的碰撞来验证动量守恒定律图中PQ是斜槽，是斜槽，QR为水平槽实验时先为水平槽实验时先 使使A球从斜槽上某一固定位置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记录纸上，留下痕迹重复上述操作10次，得到次，得到10个落点痕迹再把个落点痕迹再把B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置球仍从位置G由静止开始滚下，由静止开始滚下， 和和B球碰

18、撞后，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球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种 操作操作10次图甲中次图甲中O点是水平槽末端点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点在记录纸上的垂直投影点B球落球落 点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，所在的平面， 米尺的零点与米尺的零点与O点对齐点对齐 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (1)碰撞后碰撞后B球的水平射程应取为球的水平射程应取为_cm； (2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：在以下选项中，哪些是本次实验必须进

19、行的测量？答：_ _.(填选项字母填选项字母) A水平槽上未放水平槽上未放B球时，测量球时，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离 BA球与球与B球碰撞后，测量球碰撞后，测量A球落点位置到球落点位置到O点的距离点的距离 C测量测量A球或球或B球的直径球的直径 D测量测量A球和球和B球的质量球的质量(或两球质量之比或两球质量之比) E测量测量O点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (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 中正确的是中正确的是()

20、A释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越 小小 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 碰小球的阻力越小碰小球的阻力越小 RJRJ版版 物理物

21、理 新课标高考总复习新课标高考总复习 解析解析(1)用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆 心的位置是心的位置是64.7 cm，这就是小球落点的平均位置，这就是小球落点的平均位置 (2)本实验中要测量的数据有：两个小球的质量本实验中要测量的数据有：两个小球的质量m1、m2，三个落点，三个落点 的距离的距离x1、x2、x3，所以应选，所以应选A、B、D. (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越大，阻力的影响相

22、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正正 确确 答案答案(1)64.7(64.564.9均可均可)(2)A、B、D(3)C RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 2某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了 的轻质弹簧，如右图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细的轻质弹簧，如右图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细 线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互

23、作用时动线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动 量守恒量守恒 (1)该同学还必须有的器材是该同学还必须有的器材是_ (2)需要直接测量的数据是需要直接测量的数据是_. (3)用所得数据验证动量守恒的关系式是用所得数据验证动量守恒的关系式是_ 解析解析这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同，这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同， 也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度 答案答案(1)刻度尺、天平刻度尺、天平(2)两木块的质量两木块的质量m1、m2和两木块落和两木块落 地点分别到桌子两侧边缘的水

24、平距离地点分别到桌子两侧边缘的水平距离x1、x2(3)m1x1m2x2 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 3如右图所示是用来验证动量守恒的实验装置弹性球如右图所示是用来验证动量守恒的实验装置弹性球1用细线用细线 悬挂于悬挂于O点，点，O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱实验时，调节悬点，点正下方桌子的边沿有一竖直立柱实验时，调节悬点， 使弹性球使弹性球1静止时恰与立柱上的球静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高将球接触且两球等高将球1拉到拉到A点，并点，并 使之静止，同时把球使之静止，同时把球2放在立柱上释放球放在立柱上释放球1.当它摆到悬点正下方时与当它摆到悬点正下方时与

25、球球2发生对心碰撞碰后球发生对心碰撞碰后球1向左最远可摆到向左最远可摆到B点，球点，球2落到水平地面上的落到水平地面上的 C点测出有关数据即可验证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两球碰撞时动量守恒现已测出A点点 离水平桌面的距离为离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的距离为点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的点与桌子边沿间的 水平距离为水平距离为c.此外：此外： RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (1)还需要测量的量是还需要测量的量是_、_和和_ _ (2)根据测量的数据该实验中动量守恒的表达式为根据测量的数据该实验中动量守恒的表达式为_ _

26、(忽略小球的大小忽略小球的大小) 解析解析(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化， 根据弹性球根据弹性球1碰撞前后的高度碰撞前后的高度a和和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的，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速度，故只要再测量弹性球1的质量的质量m1，就能求出弹性球，就能求出弹性球1的动量变化；的动量变化； 根据平抛运动的规律只要测出立柱高根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高和桌面高H就可以求出弹性球就可以求出弹性球2碰碰 撞前后的速度变化，故只要测量弹性球撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高

27、的质量和立柱高h、桌面高、桌面高H就就 能求出弹性球能求出弹性球2的动量变化的动量变化 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 4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为没有摩擦我们可以用带竖直挡板C和和D的气垫导轨和滑块的气垫导轨和滑块A和和B验证验证 动量守恒定律，实验装置如上图所示动量守恒

28、定律，实验装置如上图所示(弹簧的长度忽略不计弹簧的长度忽略不计)，采用的实，采用的实 验步骤如下：验步骤如下： a用天平分别测出滑块用天平分别测出滑块A、B的质量的质量mA、mB； b调整气垫导轨，使导轨处于水平；调整气垫导轨，使导轨处于水平； c在在A和和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止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；放置在气垫导轨上； d用刻度尺测出用刻度尺测出A的左端至挡板的左端至挡板C的距离的距离L1； e按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计时运动时间的计时 器开始工作，当器开始工作，当

29、A、B滑块分别碰撞挡板滑块分别碰撞挡板C、D时计时结束，记下时计时结束，记下A、B分分 别到达别到达C、D的运动时间的运动时间t1和和t2. RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 (1)实验中还应测量的物理量及其符号是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，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误两滑块的动量大小并不完全相等，产生误 差的原因有差的原因有_(至少答出两点至少答出两点) RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 RJRJ版版 物理物理 新课标高考总复习新课标高考总复习 5(2011北京理综北京理综)如图，用如图，用“碰撞实验器碰撞实验器”可以验证动量守恒可以验证动量守恒 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)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可 以通过仅测量以通过仅测量_(填选项前的符