高考物理总复习 第六章 碰撞与动量守恒 实验七 验证动量守恒定律课件

1、实验七验证动量守恒定律实验七验证动量守恒定律方案一：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(如图如图1所示所示)图图11.测质量：测质量：用用 测出滑块质量。测出滑块质量。2.安装：安装：正确安装好气垫导轨。正确安装好气垫导轨。3.实验：实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后的情况下碰撞前、后的(改变滑块的质量。改变滑块的质量。改变滑改变滑块的初速度大小和方向块的初速度大小和方向)。4.验证：验证：一维碰撞中的动量守恒。一维碰撞中的动量守恒。天平天平速度速度方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成

2、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(如图如图2所示所示)图图21.测质量：测质量：用天平测出两小球的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：实验：一个小球一个小球，拉起另一个小球，放下后它们，拉起另一个小球，放下后它们。4.测速度：测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应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，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的小球的。5.改变条件：改变条件：改变碰撞条件

3、，重复实验。改变碰撞条件，重复实验。6.验证：验证：一维碰撞中的动量守恒。一维碰撞中的动量守恒。静止静止相碰相碰速度速度方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图如图3所示所示)图图31.测质量：测质量：用天平测出两小车的用天平测出两小车的。2.安装：安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过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打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上和橡皮泥。和橡皮泥。3.实验：实验：接通接通 ，让小车，让小车A运动，小车运动，小车B静止，两

4、车碰静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成整体运动。撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成整体运动。4.测速度：测速度：通过纸带上两计数点间的通过纸带上两计数点间的及时间由及时间由v算出速度。算出速度。5.改变条件：改变条件：改变碰撞条件，重复实验。改变碰撞条件，重复实验。6.验证：验证：一维碰撞中的动量守恒。一维碰撞中的动量守恒。质量质量撞针撞针电源电源距离距离方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图如图4所示所示)图图41.测质量：测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入

5、射小球。入射小球。2.安装：安装：按照图按照图4所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。端水平。3.铺纸：铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置垂线所指的位置O。4.放球找点：放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。就是小球落点的平均位置。5.碰撞找点：

6、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，重复实验同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落和被撞小球落点的平均位置点的平均位置N。如图。如图5所示。所示。6.验证：验证：连接连接ON，测量线段，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据的长度。将测量数据填入表中，最后代入填入表中，最后代入m1OPm1OMm2ON，看在误差允许，看在误差允许的范围内是否成立。的范围内是否成立。图图5误差分析

7、误差分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。碰撞是否为一维碰撞。碰撞是否为一维碰撞。实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等。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。注意事项注意事项(1)碰撞的两物体应保证碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”。(2)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水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。平仪确保导轨水平。(3)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在

8、同一水平线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内。同一竖直平面内。(4)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。衡摩擦力。(5)若利用斜槽进行实验，入射球质量若利用斜槽进行实验，入射球质量m1要大于被碰球质量要大于被碰球质量m2，即，即m1m2，防止碰后，防止碰后m1被反弹，且两球半径被反弹，且两球半径r1r2r。热点一教材原型实验热点一教材原型实验【例【例1】某同学用如图某同学用如图6甲所示装置

9、来验证动量守恒定律，实甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复水平地面上的记录纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，仍从原固定点由静止开始滚下，和小球和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。回答下列问题：次。回答下列问题：图图6答案答案(1)保持水平保持水平(2)(3)AC(4)B解析解析(1)小球离开

10、轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动。材时斜槽的末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动。(2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量的质量ma应该大于被碰小球应该大于被碰小球b的质量的质量mb。为保证两个小球的碰撞是对心。为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等。碰撞，两个小球的半径应相等。(3)由题图甲所示装置可知，小球由题图甲所示装置可知，小球a和小球和小球b相碰后，根据动量相碰后，根据动量守恒和能量守恒可知小球守恒和能量守恒可知小球

11、b的速度大于小球的速度大于小球a的速度。由此可判的速度。由此可判断碰后小球断碰后小球a、b的落点位置分别为的落点位置分别为A、C点。点。【变式训练【变式训练1】某同学设计了一个用打点计时器】某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中探究碰撞中的不变量的不变量”的实验，在小车的实验，在小车A的前端粘有橡皮泥，设法使小车的前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图继续做匀速运动，如图7所示。在小车所示。在小车A的后面连着纸带，电的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为磁打点计时器的频率为50 H

12、z。图图7(1)若已得到打点纸带如图若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间的距离。所示，并测得各计数点间的距离。则应选图中则应选图中_段来计算段来计算A碰前的速度，应选碰前的速度，应选_段段来计算来计算A和和B碰后的速度。碰后的速度。(2)已测得小车已测得小车A的质量的质量mA0.40 kg，小车，小车B的质量的质量mB0.20 kg，则由以上结果可得碰前，则由以上结果可得碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后碰后mAvAmBvB_kgm/s。(3)从实验数据的处理结果来看，从实验数据的处理结果来看，A、B碰撞的过程中，可能哪碰撞的过程中，可能哪个物理量是不变的？个物理量是不变的？_。图

13、图8解析解析(1)因为小车因为小车A与与B碰撞前、后都做匀速运动，且碰后碰撞前、后都做匀速运动，且碰后A与与B黏在一起，其共同速度比黏在一起，其共同速度比A原来的速度小。所以，应选点迹分原来的速度小。所以，应选点迹分布均匀且点距较大的布均匀且点距较大的BC段计算段计算A碰前的速度，选点迹分布均匀碰前的速度，选点迹分布均匀且点距较小的且点距较小的DE段计算段计算A和和B碰后的速度。碰后的速度。(2)由题图可知，碰前由题图可知，碰前A的速度和碰后的速度和碰后A、B的共同速度分别为：的共同速度分别为：故碰撞前：故碰撞前：mAvAmBvB0.401.05 kgm/s0.200 kgm/s0.420 k

14、gm/s。碰撞后：碰撞后：mAvAmBvB(mAmB)vA(0.400.20)0.695 kgm/s0.417 kgm/s。(3)数据处理表明，数据处理表明，mAvAmBvBmAvAmBvB，即在实验误差，即在实验误差允许的范围内，允许的范围内，A、B碰撞前后总的物理量碰撞前后总的物理量mv是不变的。是不变的。答案答案(1)BCDE(2)0.4200.417(3)mv【例【例2】如图】如图9是用来验证动量守恒的实验装置，是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球弹性球1用细线悬挂于用细线悬挂于O点，点，O点下方桌子的边沿点下方桌子的边沿有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球有一竖直立柱。实验时，调

15、节悬点，使弹性球1静静止时恰与立柱上的球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拉拉到到A点，并使之静止，同时把球点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放在立柱上。释放球放球1，当它摆到悬点正下方时与球，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰发生对心碰撞，碰后球撞，碰后球1向左最远可摆到向左最远可摆到B点，球点，球2落到水平地落到水平地面上的面上的C点。测出有关数据即可验证点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞两球碰撞时动量守恒。现已测出时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为点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

16、子边沿间的水平距离为水平距离为c。此处，。此处，(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_。(忽略小球的大小忽略小球的大小)图图9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，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前后的速度，故只要再测量弹性球1的质

17、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；根据平抛运动的规律只要测出立柱高的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高和桌面高H就可以求出弹性球就可以求出弹性球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的质量和立柱高的质量和立柱高h、桌面高、桌面高H就能求出弹性球就能求出弹性球2的动量变化。的动量变化。(2)根据根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程的解析可以写出动量守恒的方程【变式训练【变式训练2】某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动】某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图量守恒定律的实验。气

18、垫导轨装置如图10(a)所示，所用的气所示，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，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。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。图图10(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

19、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；向气垫导轨通入压缩空气；把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，把电火花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；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；先先_，然后，然后_，让滑块带动纸带一起运动；，

20、让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图，选出理想的纸带如图(b)所示；所示；测得滑块测得滑块1的质量为的质量为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。完善实验步骤完善实验步骤的内容。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打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为作用以前系统的总动量为_kgm/s；两滑块相互作用；两滑块相互作用以后系统的总动量为以后系统的总动量为_kgm/s。(结果均保留结果均保留3位有效数位有效数字字)( 3 ) 试 说 明试 说 明 (

21、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_。解析解析(1)使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器的电源，后释放滑块先接通打点计时器的电源，后释放滑块1。(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用。擦力的作用。答案答案(1)接通打点计时器的电源释放滑块接通打点计时器的电源释放滑块1 (2)0.6200.618(3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用纸带和打点计时器限位孔

22、之间有摩擦力的作用A.悬挂两球的线长度要适当，且等长悬挂两球的线长度要适当，且等长B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度C.两小球必须都是刚性球，且质量相同两小球必须都是刚性球，且质量相同D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动两小球碰后可以粘合在一起共同运动1.(多选多选)如图如图11在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是律的实验中，下列说法正确的是()图图11答案答案ABD2.(2017湖南三湘大联考湖南三湘大联考)气垫导轨是常用的一种实验仪器。它气垫导轨是常用的一种实验

23、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，使滑块悬浮在水平导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们在水平导轨上，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可以用带竖直挡板C和和D的气垫导轨以及滑块的气垫导轨以及滑块A和和B来验证动来验证动量守恒定律，实验装置如图量守恒定律，实验装置如图12所示所示(弹簧的长度忽略不计弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：实验步骤如下：图图12a.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，使导轨处于水平状态。调整气垫导轨，使导轨处于水平状态。c.

24、在在A和和B之间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，之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。静止放置在气垫导轨上。d.用刻度尺测出用刻度尺测出A的左端到的左端到C的距离的距离L1。e.按下电钮，放开卡销，同时使分别记录滑块按下电钮，放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间运动时间的计时器开始工作。当滑块的计时器开始工作。当滑块A、B分别碰撞挡板分别碰撞挡板C、D时停止时停止计时，记下滑块计时，记下滑块A到达挡板到达挡板C和滑块和滑块B到达挡板到达挡板D的运动时间的运动时间t1和和t2。(1)实验中还应测量的物理量是实验中还应测量的物理量是_。(2)利用上述测量的实验数据，可得出验证动量守恒定律的利用上述测量的实验数据，可得出验证动量守恒定律的表达式是表达式是_。(3)上式中算得的滑块上式中算得的滑块A、B的动量大小并不完全相等，产生的动量大小并不完全相等，产生误差的原因可能是误差的原因可能是_。(至少写出两点至少写出两点)(3)产生误差的原因可能是测量产生误差的原因可能是测量mA、mB、L1、L2、t1、t2时带来时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导