第18讲.实验8：验证动量守恒定律.教师版

错题不再错就无敌了！错题不再错就无敌了！2014年高考解决方案实验8实验8：验证动量守恒定律 学生姓名：学生姓名：上课时间上课时间：高考解决方案 第一阶段·实验·验证动量守恒定律 Pageof9第19讲实验8：验证动量守恒定律阶段复习阶段复习前段时间学习的内容现在是否依然很熟练？是否需要去自己的错题宝库游览一番？20142014年高考怎么考考点解读2011年2012年2013年21题12分24题20分21题知识讲练知识讲练实验目的： 运用平抛运动的知识分析、研究碰撞过程中相互作用的物体系动量守恒实验原理：因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，若用飞行时间作时间单位，小球的水平速度在数值上就等于小球飞出的水平距离．设入射球、被碰球的质量分别为、，则入射球碰撞前动量为（被碰球静止）：① 设碰撞后、的速度分别为、，则碰撞后系统总动量为：② 只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入①、②两式就可研究动量守恒．实验器材： 斜槽，两个大小相同而质量不等的小钢球，天平，刻度尺，重锤线，白纸，复写纸，三角板，圆规．实验步骤：用天平测出两个小球的质量、．按如图（1）所示安装、调节好实验装置，使斜槽末端切线水平，将被碰小球放在斜槽末端前小支柱上，入射球放在斜槽末端，调节支柱，使两小球相碰时处于同一水平高度，且在碰撞瞬间入射球与被碰球的球心连线与斜槽末端的切线平行，以确保正碰后两小球均作平抛运动．在水平地面上依次铺放白纸和复写纸．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球碰撞前的位置，如图（2）所示．移去被碰球，让入射球从斜槽上同一高度滚下，重复10次左右，用圆规画尽可能小的圆将所有的小球落点圈在里面，其圆心即为人射球不发生碰撞情况下的落点的平均位置P，如图（3）所示．将被碰小球放在小支柱上，让入射球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次左右，同理求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N．过O、N作一直线，取（r为小球的半径，可用刻度尺和三角板测量小球直径计算出），则即为被碰小球碰撞前的球心的位置（即投影位置）。用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度．则系统碰撞前的动量可表示为，系统碰撞后的总动量可表示为；若在误差允许范围内与相等，则说明碰撞中动量守恒.整理实验器材，放回原处．注意事项：斜槽末端切线必须水平． 说明：调整斜槽时可借助水准仪判定斜槽末端是否水平．仔细调节小立柱的高度，使两小球碰撞时球心在同一高度，且要求两球球心连线与斜槽末端的切线平行。使小支柱与槽口的距离等于2r（r为小球的半径）入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下． 说明：在具体操作时，斜槽上应安装挡球板．入射球的质量（）应大于被碰小球的质量（）．地面须水平，白纸铺放好后，在实验过程中不能移动白纸．数据处理及误差分析：应多次进行碰撞，两球的落地点均要通过取平均位置来确定，以减小偶然误差.在实验过程中，使斜槽末端切线水平和两球发生正碰，否则两小球在碰后难以作平抛运动．适当选择挡球板的位置，使入射小球的释放点稍高．说明：入射球的释放点越高，两球相碰时作用力越大，动量守恒的误差越小，且被直接测量的数值OM、0IP、0N越大，因而测量的误差越小．在“验证动量守恒定律”的实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使（）A．小球每次都能水平飞出槽口B．小球每次都以相同的速度飞出槽口C．小球在空中飞行的时间不变D．小球每次都能对心碰撞【解析】入射球每次滚下都应从斜槽上同一位置无初速释放，是为了使每次碰撞时动量保持不变，B正确．【答案】B某同学用图所示的装置通过半径相同的A、B两球（mA>mB）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在记录纸上的垂直投影点．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】入射球的释放点越高，入射球碰前速度越大，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正确．【答案】C某同学用如图所示装置来验证动量守恒定律，让质量为m1的小球从斜槽某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生碰撞．（1）实验中必须要求的条件是________．A．斜槽必须是光滑的 B．斜槽末端的切线必须水平C．m1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 D．m1每次必须从同一高度处滚下（2）实验中必须测量的物理量是________．A．小球的质量m1和m2B．小球起始高度hC．小球半径R1和R2D．小球起飞的时间tE．桌面离地面的高度HF．小球飞出的水平距离s【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，m1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．（2）必须测量两球质量m1、m2和小球平抛的水平距离，故选A、F.【答案】（1）BCD（2）AF在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是（）A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下C．要验证的表达式是m1eq\x\to(ON)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(OP)D．要验证的表达式是m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)E．要验证的表达式是m1（eq\x\to(OP)－2r）＝m1（eq\x\to(OM)－2r）＋m2eq\x\to(ON)【解析】在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止反弹或静止，故A错；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B错；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：m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)，D对，C、E错．【答案】D 气垫导轨（如图）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_____________、______，两滑块的总动量大小为________；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．【解析】由图乙结合实际情况可以看出，s1和s3是两物体相碰前打出的纸带，s2是相碰后打出的纸带．所以碰撞前物体的速度分别为v1＝eq\f(s1,t)＝eq\f(s1,5T)＝0.2s1b，v2＝eq\f(s3,t)＝0.2s3b，碰撞后两物体共同速度v＝eq\f(s2,t)＝0.2s2b，所以碰前两物体动量分别为p1＝mv1＝0.2abs1，p2＝mv2＝0.2abs3，总动量p＝p1－p2＝0.2ab（s1－s3）；碰后总动量p′＝2mv＝0.4abs2.【答案】0.2abs30.2abs1（第1、2空答案可互换）0.2ab（s1－s3）0.4abs2在“研究碰撞中动量守恒”的实验中，采用了如图（甲）所示实验装置．图（乙）为某次碰撞实验得到的在白纸上记录的两小球落点的位置情况图．请根据（乙）图中的落点的位置情况，分析这次实验中存在的主要问题是_________．为克服这个问题，应采取的调整措施是_________________________【答案】存在的问题是：A球与B球碰撞不是正碰。应采取的调整措施是：仔细调节立柱的位置和高度，既使A、B两球碰撞时球心在同一高度上，又使两球球心连线与斜槽末端的切线平行。在实验室里为验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙两种装置： （1）若入射小球质量为，半径为；被碰小球质量为，半径为，则（） A． B． C． D． （2）若采用乙装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是. A．直尺 B．游标卡尺 C．天平 D．弹簧秤 E．秒表 （3）设入射小球的质量为，被碰小球的质量为，则在用甲装置实验时（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)。 （4）在实验装置乙中，若斜槽轨道是光滑的，则可以利用一个小球验证小球在斜槽上下滑过程中的机械能守恒。这时需要测是的物理量有：小球释放初位置到斜槽末端的高度差，小球从斜槽末端做平抛运动的水平位移s、竖直高度，则所需验证的关系式为：。【答案】（1）C；（2）AC；（3）；（4）用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：AA球1球2BOMPN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．实验过程中，白纸可以移动，复写纸不能移动 E．小球1的质量应大于小球2的质量 （2）本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有。 A．A、B两点间的高度差 B．B点离地面的高度 C．小球1和小球2的质量、 D．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。OM′P′N′ （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、、。用刻度尺测量斜面顶点到、、三点的距离分别为、、。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）。OM′P′N′【答案】（1）ACE；（2）C；（3）； （4）。知识讲解知识讲解实验步骤：用天平测出两个小球的质量、．按如图（1）所示安装、调节好实验装置，使斜槽末端切线水平，将被碰小球放在斜槽末端前小支柱上，入射球放在斜槽末端，调节支柱，使两小球相碰时处于_________，且在碰撞瞬间入射球与被碰球的球心连线与斜槽末端的切线平行，以确保正碰后两小球均作_________运动．在水平地面上依次铺放白纸和复写纸．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球碰撞前的位置，如图（2）所示．移去被碰球，让入射球从斜槽上同一高度滚下，重复10次左右，用圆规画尽可能小的圆将所有的小球落点圈在里面，_________即为人射球不发生碰撞情况下的落点的平均位置P，如图（3）所示．将被碰小球放在小支柱上，让入射球从_________高度滚下，使它们发生正碰，重复10次左右，同理求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N．过O、N作一直线，取（r为小球的半径，可用刻度尺和三角板测量小球直径计算出），则即为被碰小球碰撞前的球心的位置（即投影位置）。用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度．则系统碰撞前的动量可表示为_________，系统碰撞后的总动量可表示为__________________；若在误差允许范围内与相等，则说明碰撞中动量守恒.整理实验器材，放回原处．注意事项：斜槽末端切线必须_________． 说明：调整斜槽时可借助水准仪判定斜槽末端是否水平．仔细调节小立柱的高度，使两小球碰撞时球心在同一高度，且要求两球球心连线与斜槽末端的切线平行。使小支柱与槽口的距离等于2r（r为小球的半径）入射小球每次都必须从斜槽上_________由_________开始滚下． 说明：在具体操作时，斜槽上应安装挡球板．入射球的质量（）应_________被碰小球的质量（）．地面须水平，白纸铺放好后，在实验过程中不能移动白纸．巩固巩固练习OABC在“碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分，在百纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，则下列说法中正确的有OABCA.第一、二次入射小球的落点依次是A、BB.第一、二次入射小球的落点依次是B、AC.第二次入射小球和被碰小球将同时落地D.m1AB=m2OC【解析】最远的C点一定是被碰小球的落点，碰后入射小球的速度将减小，因此选B；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出，两小球不可能同时落地；由动量守恒得m1OB=m1OA+m2OC，选D。答案是BD。如图，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。（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量______（填选项前的符号），间接地解决这个问题。 A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程 （2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射小球多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上S位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_________。（填选项前的符号