《备考指南一轮 物理 》课件-实验8

碰撞与动量守恒第六章实验八验证动量守恒定律栏目导航01知识梳理回顾02要点各个击破03配套训练知识梳理回顾1一、实验目的1．验证一维碰撞中的动量守恒．2．探究一维弹性碰撞的特点．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度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v′1＋m2v′2，看碰撞前后动量是否守恒．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、橡皮泥等．方案二带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．方案三光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等．方案四斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等．四、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：用天平测出滑块质量．(2)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．(5)结束：整理实验器材，放回原处．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m1、m2.(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．(6)验证：一维碰撞中的动量守恒．(7)结束：整理实验器材放回原处．方案四利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)测质量：先用天平测出小球质量m1、m2.(2)安装：按图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度．且碰撞瞬间，入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平．(3)铺纸：在地面上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸．在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球m1碰前的位置．(4)放球找点：先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心就是入射小球无碰撞时的落地点P.(5)碰撞找点：把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，按照步骤4的方法找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.(6)验证：过O、N在纸上作一直线，取OO′＝2r，O′就是被碰小球碰撞时的球心投影位置(用刻度尺和三角板测小球直径2r)．用刻度尺量出线段OP、OM、O′N的长度，把两小球的质量和相应的数值代入m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N看是否成立．(7)结束：整理实验器材放回原处．五、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导轨水平．(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，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面内．(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擦力．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．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)．(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，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m和速度v的测量．3．改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．要点各个击破2例1

(2019年河东二模)某同学用如图所示装置探究A、B两球在碰撞中动量是否守恒．该同学利用平抛运动测量两球碰撞前后的速度，实验装置和具体做法如下，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由静止开始滑下，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．要点1实验原理的考查再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滑下，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，并画出实验中A、B两小球落点的平均位置．图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，E、F、J是实验中小球落点的平均位置．(1)为了使两球碰撞为一维碰撞，所选两球的直径关系为：A球的直径______(填“大于”“等于”或“小于”)B球的直径；为减小实验误差，在两球碰撞后使A球不反弹，所选用的两小球质量关系应为mA______mB(填“大于”“等于”或“小于”)；(2)在以下选项中，本次实验必须进行的测量是__________．A．水平槽上未放B球时，A球落点位置到O点的距离B．A球与B球碰撞后，A球、B球落点位置分别到O点的距离C．A球和B球在空中飞行的时间D．测量G点相对于水平槽面的高(3)已知两小球质量mA和mB，该同学通过实验数据证实A、B两球在碰撞过程中动量守恒，请你用图中的字母写出该同学判断动量守恒的表达式是________．【答案】(1)等于大于(2)AB

(3)mAOF＝mAOE＋mBOJ练1

如图所示，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为没有摩擦．在实验室中我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B来验证动量守恒定律的实验，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：A．松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时，计时器结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.B．在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置．C．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平．D．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2.(1)实验步骤的顺序是________．(2)实验中还需要的测量仪器是________，还需要测量的物理量是________．(3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是________．做验证动量守恒定律实验时，要注意等效替代在实验中的运用，从而明确将速度转化为位移关系得出可以直接验证的表达式．例2如图为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：要点2实验数据的处理和计算①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2；②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离．图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN.依据上述实验步骤，请回答下面问题：(1)两小球的质量m1、m2应满足m1______(填“＞”“＝”或“＜”)m2；(2)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中____点，m2的落点是图中____点；(3)用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式________，就能说明两球碰撞前后动量是守恒的；(4)若要判断两小球的碰撞是否为弹性碰撞，用实验中测得的数据来表示，只需比较________与________是否相等即可．【解析】(1)为了防止入射球碰后反弹，一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量．(2)小球m1和小球m2相撞后，小球m2的速度增大，小球m1的速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后m1球的落地点是M点，m2球的落地点是N点．练2

(2019年莆田一模)小明同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验．如图甲所示，长木板下垫着小木片以平衡两车的摩擦力；让小车P做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车Q相碰并粘合成一体，继续做匀速运动；在小车P后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50Hz.(1)某次实验测得纸带上各计数点的间距如图乙所示，A为运动的起点，则应选________段来计算小车P碰撞前的速度，应选________段来计算小车P和Q碰后的共同速度．(两空均填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)实验中测得小车P的质量为m1＝0.4kg，小车Q的质量m2＝0.2kg，则碰撞前两小车的总动量大小为________kg·m/s，碰撞后两小车的总动量大小为________kg·m/s.(计算结果保留3位有效数字)(3)由本次实验获得的初步结论是________________________．【答案】