2014届一轮复习：实验7：验证动量守恒定律.ppt

1、实验七：验证动量守恒定律,1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，算出碰撞前的动量 pm1v1m2v2 及 碰撞后的动量 pm1v1m2v2，即可验证碰撞前后动量是,否守恒,2实验方案,实验需测量物体质量和速度，质量可用天平直接测量，测,速度的方案有：,(1)利用平抛运动测速度利用平抛运动下落高度相同时， 水平速度与水平距离成正比此方案所用器材：斜槽，大小相 等、质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，天 平，刻度尺，圆规，三角板,(2)利用光电门测速度，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此方案所用器材：气垫导轨、 光电计时

2、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,3利用平抛运动测速度的实验原理 (1)质量分别为 m1 和 m2 的两小球发生正碰，若碰前 m1 运 动，m2 静止，根据动量守恒定律应有 m1v1m1v1m2v2. (2)各小球在同一高度做平抛运动，运动 时间相等，则动量守恒时有,m1OPm1OMm2ON.(见图 S71) 4利用平抛运动测速度的实验步骤 (1)先用天平测出小钢球质量 m1、m2 .,图 S71,(2)按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末 端点切线水平，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，确保

3、碰撞后的速度 方向水平,(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸,(4)在白纸上记下重锤线所指的位置 O，它表示入射小球 m1,碰前的球心竖直投影的位置,(5)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，圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置 P.,(6)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，仿步骤(5)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.,(7)过 O、N 在纸上作一直线，取 OO2r，O就是被碰,小球碰撞时的球心竖直投影的位置,(8)用刻度尺量出

4、线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球 的质量和相应的水平位移数值代入 m1OPm1OMm2ON， 看是否成立,(9)整理实验器材放回原处,5利用平抛运动测速度实验的注意事项 (1)斜槽末端必须水平,(2)入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下 (3)白纸铺好后不能移动,(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即 m1m2，,且 r1r2r .,【跟踪训练】 1如图 S72 所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示 意图. 图 S72 (1)若入射小球质量为 m1，半径为 r1；被碰小球质量为 m2，,半径为 r2，则(,),C,Am1m2，r1r2 Cm1m2，r1r2,Bm1m2，r1r

5、2 Dm1m2，r1r2,(2) 为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是 _(填下列对应的字母),A直尺 C天平,B游标卡尺 D秒表,(3)设入射小球的质量为 m1 , 被碰小球的质量为 m2 , P 为碰 前入射小球落点的平均位置 , 则关系式_ (用 m1 、m2 及图中字母表示)成立，即表示碰撞中动量守恒,AC,m1OPm1OMm2ON,2某同学用图 S73 甲中所示装置通过半径相同的 A、B 两球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

6、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，实 验图中 O 点是水平槽末端 R 在记录纸上的垂直投影点B 球落 点痕迹如图 S73 乙所示，其中米尺水平放置，且平行于 G、R、 O 所在的平面，米尺的零点与 O 点对齐,(1)碰撞后 B 球的水平射程应取为_.,(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：,_(填选项号),A.水平槽上未放 B 球时，测量 A 球落点位置到 O 点的距离 B. A 球与 B 球碰撞后，测量 A 球落点位置到

7、O 点的距离,图 S73,甲,乙,C.测量 A 球或 B 球的直径 D.测量 A 球和 B 球的质量(或两球质量之比) E.测量 G 点相对水平槽面的高度,答案：(1)64.7(2)ABD,解析：(1)将 10 个点圈在内的最小圆的圆心作为落点平均 位置，可由刻度尺测得碰撞后 B 球的水平射程为 64.7 ，因最后 一位数字为估计值，所以允许误差 0.1 ，因此 64.6 和 64.8 也 是正确的 (2)从同一高度做平抛运动的物体飞行时间 t 相同，所以需 要测出的量有：不碰时 A 球的水平射程，碰后A 球的水平射程，,题型,实验过程的考查和实验结论的应用,【例题】(2011 年北京卷)如图

8、 S74，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,图 S74,(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 S74 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，测量平抛射程 OP然后，把被碰小球 m2 静置于轨道的水平部分，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

9、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、m2 B测量小球 m1 开始释放高度 h C测量抛出点距地面的高度 H,D分别找到 m1、m2 相碰后平均落地点的位置 M、N E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 (4)经测定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位 置距 O 点的距离如图 S75 所示碰撞前后 m1 的动量分别为 p1 与 p1，则 p1p1_11；若碰撞结束时 m2 的动 量为 p2，则 p1p2

10、11_.实验结果表明，碰撞前、,后总动量的比值,为_,p1p2,p1,图 S75,(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其 他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大请你用 (4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球 m2 平抛运动射程 ON 的最大值为_cm.,解析：(1)在落地高度不变的情况下，水平位移就能反映平 抛初速度的大小，所以，仅测量小球做平抛运动的射程就能间 接测量速度 (2)测量平均落点的位置，找到平抛的水平位移，因此步骤中 D、E 是必须的，而且 D 先 E 后，至于用天平测质量先后均可,所以若两球相碰前后的动量守恒，则 m1OM m2ON m1OP 成立，若

11、碰撞是弹性碰撞，动能守恒，则 m1OM 2m2ON 2m1OP 2 成立,答案：(1)C,(2)ADE 或 DAE 或 DEA,(3)m1OMm2ONm1OPm1OM 2m2ON 2m1OP 2,(4)14,2.9,11.01,(5)76.80,【触类旁通】,1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 S76 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：,图 S76,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

12、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

13、，还需要,测量的物理量有_,C,AA、B 两点间的高度差 h1 BB 点离地面的高度 h2 C小球 1 和小球 2 的质量 m1、m2,D小球 1 和小球 2 的半径 r,ACE,(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,图 S77,m1OP 2m1OM 2m2ON 2,m1OPm1OMm2ON,(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 S77 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

14、 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 M、P、N.用刻度尺测量斜面顶点到 M、P、N 三点的距离分别为 l1、l2、l3.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),2(2010 年珠海二模)如图 S78 所示，某同学利用半径相 同、质量较小的 A 球和质量较大的 B 球来探究动量守恒定律， 图中 QR 为水平槽实验时，他让 A 球从斜槽上某一固定位置 G 由静止滚下，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；再把 B 球放在水平槽末端，让 A 球仍从位置 G 由静止滚下，和 B 球碰撞后，A、B 球分别在记录纸上留下各 自落点的痕迹，重复操作 10 次图中的 O 点是水平槽末端的垂 直投影点用天平称量出两球的质量，用米尺测量出各球落点 的平均位置到 O 点的距离，如下表：,图 S78 (1)根据表中的数据分析可得：M 点是 B 球的落点，则 N 点 是 A 球在_的落点，P 点是 A 球在_的落点(填,“碰撞