【名师导学】高考物理第一轮总复习 13.2验证动量守恒定律课件 教科选修35

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＋m2v2m1v1′＋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(①改变滑块的质量．②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

．两计数点间的距离及时间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P6．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．系系统误误差：：主要要来源源于装装置本本身是是否符符合要要求，，即：：(1)碰撞撞是否否为一一维碰碰撞．．(2)实验验是否否满足足动量量守恒恒的条条件：：如气气垫导导轨是是否水水平，，两球球是否否等大大，长长木板板实验验是否否平衡衡掉摩摩擦力力．2．偶偶然误误差：：主要要来源源于．质量m和速度度v的测量量五、误误差分分析例1某某同学学设计计了一一个用用打点点计时时器做做“验验证动动量守守恒定定律””的实实验：：在小小车A的前端端粘有有橡皮皮泥，，推动动小车车A使之做做匀速速运动动，然然后与与原来来静止止的小小车B相碰并并粘合合成一一体，，继续续做匀匀速运运动．．他设设计的的具体体装置置如图图甲所所示，，在小小车后后连接接着纸纸带，，电磁磁打点点计时时器使使用的的电源源频率率为50Hz，长长木板板垫着着小木木片以以平衡衡摩擦擦力．．(1)若已已得到到打点点纸带带如图图乙所所示，，并测测得各各计数数点间间距(标在在图上上)．．A为运动动起点点，则则应该该选择择__________段来来计算算A碰前的的速度度，应应选择择__________段来来计算算A和B碰后的的共同同速度度．(以上上空格格选填填“AB””“BC””““CD”““DE””)．．题型一一：对对实验验原理理和数数据处处理的的考查查(2)已测测得小小车A的质量量m1＝0.40kg，，小车车B的质量量m2＝0.20kg，，由以以上测测量结结果可可得碰碰前m1v0＝____kg·m/s；碰碰后(m1＋m2)v共＝________kg·m/s.由由此得得出结结论____．．例2某某同同学利利用如如图所所示的的装置置验证动量量守恒恒定律律．图图中两两摆摆摆长相相同，悬悬挂于于同一一高度度，A、B两摆球球均很小小，质质量之之比为为1∶∶2.当两两摆均均处于自自由静静止状状态时时，其其侧面面刚好好接触触．向向右上上方拉拉动B球使其其摆线线伸直直并与与竖直直方向向成45°°角，，然后后将其其由静静止释释放．．结果果观察察到两两摆球球粘在在一起起摆动动，且且最大大摆角角成30°°.若若本实实验允允许的的最大大误差差为±±4%，此此实验验是否否成功功地验验证了了动量量守恒恒定律律？题型二二：实实验的的创新新1．某某同学学利用用打点点计时时器和和气垫垫导轨轨做验验证动动量守守恒定定律的的实验验，气气垫导导轨装装置如如图(a)所示示，所所用的的气垫垫导轨轨装置置由导导轨、、滑块块、弹弹射架架等组组成，，在空空腔导导轨的的两个个工作作面上上均匀匀分布布着一一定数数量的的小孔孔，向向导轨轨空腔腔内不不断通通入压压缩空空气，，空气气会从从小孔孔中喷喷出，，使滑滑块稳稳定地地漂浮浮在导导轨上上，这这样就就大大大减小小了因因滑块块和导导轨之之间的的摩擦擦而引引起的的误差差.(1)下面面是实实验的的主要要步骤骤：①安装好好气垫垫导轨轨，调调节气气垫导导轨的的调节节旋钮钮，使使导轨轨水平平；②向气垫垫导轨轨通入入压缩缩空气气；③把打点点计时时器固固定在在紧靠靠气垫垫导轨轨左端端弹射射架的的外侧侧，将将纸带带穿过过打点点计时时器与与弹射射架并并固定定在滑滑块1的左左端，，调节节打点点计时时器的的高度度，直直至滑滑块拖拖着纸纸带移移动时时，纸纸带始始终在在水平平方向向；④使滑块块1挤挤压导导轨左左端弹弹射架架上的的橡皮皮绳；；⑤把滑块块2放放在气气垫导导轨的的中间间；⑥先，然后后，让滑滑块带带动纸纸带一一起运运动；；接通打打点计计时器器的电电源放开滑滑块1⑦取下纸纸带，，重复复步骤骤④⑤⑥⑥，选出出理想想的纸纸带如如图(b)所示示；⑧测得滑滑块1的质质量310g，滑滑块2(包包括橡橡皮泥泥)的的质量量为205g．完完善实实验步步骤⑥的内容容．(2)已知知打点点计时时器每每隔0.02s打打一个个点，，计算算可知知两滑滑块相相互作作用前前系统统的总总动量量为kg··m/s；；两滑滑块相相互作作用后后系统统的总总动量量为kg··m/s(保留留三位位有效效数字字)．．(3)试说说明(2)中两两结果果不完完全相相等的的主要要原因因是．0.6200.618纸带与与打点点计时时器限限位孔孔间存存在摩摩擦2．某某同学学用图图所示示的装装置通通过半半径相相同的的A、B两球(mA>mB)的碰碰撞来来验证证动量量守恒恒定律律．图图中PQ是斜槽槽，QR为水平平槽．．实验验时先先使A球从斜斜槽上上某一一固定定位置置G由静止止开始始滚下下，落落到位位于水水平地地面的的记录录纸上上，留留下痕痕迹．．重复复上述述操作作10次，，得到到10个落落点痕痕迹．．再把把B球放在水水平槽上上靠近槽槽末端的的地方，，让A球仍从位位置G由静止开开始滚下下，和B球碰撞后后，A、B球分别在在记录纸纸上留下下各自的的落点痕痕迹．重重复这种种操作10次．．图甲中中O点是水平平槽末端端R在记录纸纸上的垂垂直投影影点．B球落点痕痕迹如图图乙所示示，其中中米尺水水平放置置，且平平行于G、R、O所在的平平面，米米尺的零零点与O点对齐．．(1)碰碰撞后B球的水平平射程应应取为cm；65.7(65.5～～65.9均可可)(2)在在以下选选项中，，哪些是是本次实实验必须须进行的的测量()A．水平平槽上未未放B球时，测测量A球落点位位置到O点的距离离B．A球与B球碰撞后后，测量量A球落点位位置到O点的距离离C．测量量A球或B球的直径径D．测量量A球和B球的质量量(或两两球质量量之比)E．测量量O点相对于于水平槽槽面的高高度ABD(3)实实验中，，对入射射小球在在斜槽上上释放点点的高低低对实验验影响的的说法中中正确的的是()A．释放放点越低低，小球球受阻力力越小，，入射小小球速度度越小，，误差越越小B．释放放点越低低，两球球碰后水水平位移移越小，，水平位位移测量量的相对对误差越越小，两两球速度度的测量量越准确确C．释放点越越高，两球相相碰时，相互互作用的内力力越大，碰撞撞前后动量之之差越小，误误差越小D．释放点越越高，入射小小球对被碰小小球的作用力力越大，轨道道对被碰小球球的阻力越小小C【解析】(1)如题图图所示，用一一尽可能小的的圆把小球落落点圈在里面面，由此可见见圆心C的位置是65.7cm，这也是小小球落点的平平均位置．(2)本实验验中要测量的的数据有：两两个小球的质质量m1、m2，三个落点的的距离s1、s2、s3，所以应选A、B、D.(3)入射球球的释放点越越高，入射球球碰前速度越越大，相碰时时内力越大，，阻力的影响响相对减小，，可以较好地地满足动量守守恒的条件，，也有利于减减少测量水平平位移时的相相对误差，从从而使实验的的误差减小，，选项C正确确．【夯实基础】】1．如图所示示为“验证碰撞中的的动量守恒”的实验装置．．(1)下列说说法中不符合合本实验要求求的是()A．入射球比比靶球质量大大或者小均可可，但二者的的直径必须相相同B．在同一组组实验的不同同碰撞中，每每次入射球必必须从同一高高度由静止释释放C．安装轨道道时末端的切切线必须水平平D．需要的测测量仪器有天天平和刻度尺尺A【解析】本题考查碰撞撞过程中动量量守恒定律．．(1)本实实验要求入射射球比靶球质质量大，故A选项不合要求求；每次入射射球必须从同同一高度由静静止释放，才才能保证每次次入射的初动动量相同，故故B选项正确；本本实验利用平平抛运动求速速度，把求速速度转为求水水平方向位移移，从而使该该实验得到简简化，要保证证小球每次都都做平抛运动动，所以轨道道末端的切线线必须水平，，故C选项正确；根根据需要验证证表达式可知知D选项正确．②根据动量守恒恒分析可得．．2．在验证碰碰撞中动量守守恒的实验中中，实验要证证明的是动量量守恒定律的的成立，即m1v1＝m1v1′＋m2v2′.(1)按这一一公式的要求求，需测量两两小球的质量量和它们碰撞撞前后的水平平速度，但实实验中我们只只需测量两小小球的质量和和飞行的水平平距离.这这是由于小球球碰撞后做运动，各球下下落高度相同同，因而它们们的也是相同的，，可用小球飞飞行的水平距距离来代表小小球的水平速速度.平抛飞行时间(2)实验时时，质量分别别为m1、m2的球半径大小小均为r，且为已知，要完完成这个实验验，必须补充的测测量工具还有有．(3)由于偶偶然因素的存存在，重复操操作时小球落落点不完全重重合是正常的的，落点(如如P点)的确定办办法是.毫米刻度尺用一尽可能小的圆把所所有的落点都都圈在里面，，其圆心位置置就是小球落点的平平均位置(4)用图中中的符号来表表示A、B两小球碰撞中中动量守恒的的表达式是.(5)两球质质量应满足m1m2.>3．气垫导轨轨(如右图)工作时，空气从导导轨表面的小小孔喷出，在导导轨表面和滑滑块内表面之间间形成一层薄薄薄的空气层，，使滑块不与与导轨表面直直接接触，大大大减小了滑滑块运动时的的阻力．为了了验证动量守守恒定律，在在水平气垫导导轨上放置两两个质量均为为a的滑块，每个个滑块的一端端分别与穿过过打点计时器器的纸带相连连，两个打点点计时器所用用电源的频率率均为b.气垫导轨正正常工作后，，接通两个打打点计时器的的电源，并让让两滑块以不不同的速度相相向运动，两两滑块相碰后后粘在一起继继续运动．下下图为某次实实验打出的点点迹清晰的纸纸带的一部分分，在纸带上以相同间距的6个连续点为为一段划分纸纸带，用刻度度尺分别量出出其长度s1、s2和s3.若题中各物物理量的单位位均为国际单单位，那么，，碰撞前两滑滑块的动量大大小分别为、，两滑块的的总动量大大小为；碰撞后两两滑块的总总动量大小小为.重重复复上上述述实实验验，，多多做做几几次次．．若若碰碰撞撞前前、、后后两两滑滑块块的的总总动动量量在在实实验验误误差差允允许许的的范范围围内内相相等等，，则则动动量量守守恒恒定定律律得得到到验验证证．．0.2abs10.2abs30.2ab(s1－s3)0.4abs24．如图图所示，，在实验验室用两端带带有竖直直挡板C和D的气垫导导轨和有有固定挡挡板的质量量都是M的滑块A和BⅠ.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；【能力提提升】Ⅱ.按下电电钮使电电动卡销销放开，，同时启启动两个个记录两两滑块运运动时间间的电子子计时器器，当A和B与固定挡挡板C和D碰撞的同同时，电电子计时时器自动动停表，，记下A至C的运动动时间间t1，B至D的运动动时间间t2；Ⅲ.重复复几次次，取取t1和t2的平均均值．．(1)在调调整气气垫导导轨时时应注注意；(2)应测测量的的数据据还有有；(3)只要要关系系式成立，，即可可得出出碰撞撞中守守恒的的量是是mv的矢量量和．．使气垫垫导轨轨水平平滑块A的左端端到挡挡板C的距离离s1和滑块块B的右端端到挡挡板D的距离离s25．某某同学学把两两个质质量不不同的木块块用细细线连连接，，中间间夹一个个被压压缩了了的轻轻弹簧簧，如图所所示，，将此此系统统置于于光滑滑水平平桌面面上，，烧断断细线线，观观察两两物体体的运运动情情况，，进行行必要要的测测量，，验证证两物物体相相互作作用的的过程程中动动量守守恒.(1)该同同学还还需具具备的的器材材是；(2)需要要直接接测量量的数数据是是；(3)用得得到的的数据据验证证动量量守恒恒的关关系式式是.刻度尺尺、天天平两木块块质量量m1、m2及其做平平抛运运动的的水平平位移移x1、x2m1x1＝m2x26．在在“验证动动量守守恒定定律”的实验验中，，请回回答下下列问问题.(1)实验验记录录如图图甲所所示，，则A球碰前前做平平抛运运动的的水平平位移移是图图中的的，B球被碰碰后做做平抛抛运动动的水水平位位移是是图中中的.(两空空均选选填““OM”、“OP”或“ON”)(2)小球球A下滑过过程中中与斜斜槽轨轨道间间存在在摩擦擦力，，这对对实验验结果果产生误误差(选填填“会”或“不会”).OPON不会(3)实验验装置置如图图甲所所示，，A球为入入射小小球，，B球为被被碰小小球，，以下下所列列举的的在实实验过过程中中必须须满足足的条条件是是____A．入入射小小球的的质量量ma，可以以小于于被碰碰小球球的质质量mbB．实实验时时需要要测量量斜槽槽末端端到水水平地地面的的高度度C．入入射小小球每每次不不必从从斜槽槽上的的同一一位置置由静静止释释放D．斜斜槽末末端的的切线线必须须水平平，小小球放放在斜斜槽末末端处处，应应能静静止(4)在“验证动动量守守恒定定律”的实验验中.某某同学学用如如图乙乙所示示的装装置进进行了了如下下的操操作：：D①先调整整斜槽槽轨道道，使使末端端的切切线水水平，，在一一块平平木板板表面