优化2016届高三物理专版一轮复习配套课件检测第十四章动量守恒实验

实验16:验证动量守恒定律-2-—二三四五六一、实验目的验证一维碰撞中的动量守恒。探究一维弹性碰撞的特点。-3-—二三四五六二、实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m

和碰撞前后物体的速率v、v',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2

及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否守恒。-4-—二三四五六三、实验器材方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二:斜槽,大小相等、质量不同的小钢球两个,重垂线一条,白纸,复写纸,天平,刻度尺,圆规。-5-—二三四五六四、实验步骤方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验测质量:用天平测出滑块质量。安装:正确安装好气垫导轨。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)。验证:一维碰撞中的动量守恒。-6-—二三四五六-7-—二三四五六把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从同一高度滚下,使它发生正碰,重复10

次,仿步骤5

求出入射小球落地点的平均位置M

和被碰小球落地点的平均位置N。过O

和N

在纸上作一直线。用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看是否成立。整理实验器材放回原处。-8-—二三四五六五、注意事项前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。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)实验中应注意:①斜槽末端的切线必须水平。②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。③选质量较大的小球作为入射小球。④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。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。-9-—二三四五六六、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:(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、两球是否等大等。2.偶然误差:主要来源于质量m

和速度v

的测量。-10--11-(2)图中O

点是小球抛出点在地面上的垂直投影,实验时先让入射球m1多次从斜轨上S

位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测出平抛射程

OP,然后,把被碰小球m2

静置于抛道的水平部分,再将入射球m1

从斜轨上S位置静止释放,与小球m2

相碰,并多次重复。接下来要完成的必要步骤是 。(填选项前的符号)A.用天平测量两个小球的质量

m1、m2B.测量小球m1

开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2

相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为〔用(2)中测量的量表示〕;若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为〔用(2)中测量的量表示〕。关闭(1)小球离开轨道后做平抛运动,由h=1gt2

知t=ට2ℎ

即小球的下落时间一定,则初速度v=𝑠2 𝑔

,

𝑡可用平抛运动的水平射程来表示,选项C

正确。本实验要验证的是m1·OM+m2·ON=m1·OP,因此要测量两个小球的质量m1和m2

以及它们的水平射程OM和ON,而要确定水平射程,应先分别确定两个小球落地的平均落点没有必要测量小球m1

开始释放的高度h

和抛出点距地面的高度H。故应完成的步骤是

ADE

或DEA

或DAE。若动量守恒,应有m1·v1+m2·v2=m1·v0(v0是m1单独下落时离开轨道时的速度,v1、v2是两球碰后m1、m2

离开轨道时的速度),𝑠𝑡又v=,则有m1·𝑂𝑀+m2

𝑂𝑁·

𝑡

=m𝑡

𝑡1·𝑂𝑃,即m1·OM+m2·ON=m1·OP;若碰撞是弹性碰撞,则碰撞过程中没有机械能损失,则有1

1

12m1𝑣12

+

2

𝑣22

=

2

𝑣02,m2

m1同样整理可得m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2。答案解析关闭(1)C (2)ADE

或

DEA

或

DAE

(3)m1·OM+m2·ON=m1·OPm1·OM2+m2·ON2=m1·OP2-12-①提示:小球做平抛运动下落的高度相同,飞行时间相同,而水平射程x=v0t,故可用平抛运动的射程代表小球的速度。②提示:用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是小球的落地点。③提示:相碰的两个小球的质量和碰撞前后的速度。-13--14-下,克服摩擦阻力的功相同,就不影响实验;如果小球质量相同可能出现入射小球停下而另一个球以同样速度飞出(弹性碰撞)的情况,本题选项B、D

正确。答案解析关闭斜槽末端必须水平,如果不水平,在碰撞方向动量不守恒,同时物体离开斜槽后不是做平抛运动,就不能用m1·OP=m1·OM+m2·ON

来处理;至于斜槽是否光滑,只要每次从同一高度滑关闭BD)1

2

3

4

5

61.(多选)在做“碰撞中的动量守恒”实验中,要求(A.斜槽轨道必须是光滑的B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.入射球和被碰球的质量必须相等,大小相同

D.入射球每次必须从同一高度由静止滚下误差越小D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对小球的阻力越小-15-关,且碰后两球水平位移过小,反而容易增大测量时的相对误差。选项D

中,轨道对被碰小球的阻力大小与入射球释放点高低无关,所以选项A、B、D

均错误。答案解析关闭该实验中产生误差的主要原因是两球相碰时水平方向上其他外力的影响、水平位移的测量不准确以及没有保证满足水平正碰的条件等。入射球的释放点越高时,入射球碰前速度越大,相碰时内力越大,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。选项A、B

中释放点越低,小球所受轨道阻力虽较小,但只影响入射球碰前速度的大小,与是否有利于满足动量守恒定律的条件无C关闭1

2

3

4

5

6验证动量守恒定律的实验中,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(

)释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小释放点越低,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,-16-C

正确,B、D

错误。答案解析关闭入射球每次滚下必须从斜槽的同一位置,保证每次碰撞都具有相同的初动量,故选项A错误;两球做平抛运动时都具有相同的起点,故应验证的关系式为m1𝑂𝑃=m1𝑂𝑀+m2𝑂𝑁,选项关闭C1

2

3

4

5

6-17-1

2

3

4

5

6B.游标卡尺

D.弹簧测力计是(

)A.刻度尺C.天平

E.停表(3)设入射小球的质量为m

,被碰小球的质量为m

,则在用图甲所示装置进1

2行实验时(P

为碰前入射小球落点的平均位置)所得“验证动量守恒定律”的结论为 。(用装置图中的字母表示)-18-1

1 1

1 2

2小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的,两球的半径不必测量,故无需游标卡尺。(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1·𝑂𝑃=m1·𝑂𝑀+m2·𝑂'𝑁。答案解析关闭为防止反弹造成入射小球返回斜槽,要求入射球质量大于被碰小球质量,即m1>m2;为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞,要求两小球半径相同。故选项C

正确。设入射小球为a,被碰小球为b,a

球碰前的速度为v1,a、b

相碰后的速度分别为v1'、v2'。由于两球都从同一高度做平抛运动,当以运动时间为一个计时单位时,可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度。因此,需验证的动量守恒关系m1v1=m1v1'+m2v2'可表示为m

x=m

x'+m

x'。所以需要刻度尺、天平,而无需弹簧测力计、停表。由于题中两个关闭(1)C

(2)AC

(3)m1·𝑂𝑃=m1·𝑂𝑀+m2·𝑂'𝑁1

2

3

4

5

6(2)(多选)若采用图乙所示装置进行实验,以下所提供的测量工具中必需的-19-关闭0(2)小车A

在碰撞前的速度v=𝐵𝐶

10.50×10(1)从分析纸带上打点情况看,BC

段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此

BC

段能较准确地描述小车A

在碰撞前的运动情况,应选用BC

段计算小车A

的碰前速度。从CD段打点情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE

段小车运动稳定,故应选用DE段计算碰后A

和B

的共同速度。-25𝑇

5×0.02=

m/s=1.050

m/s小车A

在碰撞前的动量p0=mAv0=0.4×1.050

kg·m/s=0.420

kg·m/s碰撞后A、B

的总动量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)×0.695

kg·m/s=0.417

kg·m/s答案解析关闭碰撞后A、B

的共同速度v=𝐷𝐸

=6.95×10-2

m/s=0.695

m/s5𝑇

5×0.02(1)BC

DE

(2)0.420

0.4171

2

3

4

5

6-20-1

2

3

4

5

6𝑡1

5𝑇

5大小为p3=0.2abs3;碰撞总动量大小p=p1-p3=0.2ab(s1-s3);碰后两滑块总动量