高考物理一輪總復習 專題十三 實驗十六 驗證動量守恒定律課件 新人教版.ppt

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實驗十六 驗證動量守恒定律 實驗準備實驗目的 1 驗證一維碰撞中的動量守恒定律 2 探究一維彈性碰撞的特點 實驗器材 大小相等質量不同的小鋼球兩個 重錘線 白紙 天平 刻度尺 鉛筆等 實驗原理在一維碰撞中 測出物體的質量m1 m2和碰撞前后物體的速度v v2和v1 v2 算出碰撞前的動量p m1v1 m2v2及碰撞后的動量p m1v1 m2v2 即可驗證碰撞前后動量是 否守恒 斜槽 復寫紙 圓規(guī) 實驗過程 實驗步驟 水平高度 1 先用天平測出小鋼球的質量m1 m2 2 按要求安裝好實驗裝置 將斜槽固定在桌邊 使斜槽的末端切線 把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上 調節(jié)實驗裝置使兩小球碰撞時處于同一 確保碰撞 后的速度方向水平 復寫紙 3 在地上鋪一張白紙 白紙上鋪放 4 在白紙上記下重錘線所指的位置O 它表示入射小球m1碰撞前球心的豎直投影位置 水平 5 先不放 讓入射小球從斜槽上 處滾下 重復10次 用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面 圓心就是入射小球不碰撞時的落地點平均位置P 6 把 放在小支柱上 讓入射小球從同一高度滾下 使它們發(fā)生正碰 重復10次 同理求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N 被碰小球 同一高度 被碰小球 7 過O N在紙上作一直線 取OO 2r O 就是被碰小球碰撞時球心的豎直投影位置 如圖S16 1所示 圖S16 1 8 用刻度尺測出線段OM OP O N的長度 把兩小球的質量和相應的水平位移數(shù)值代入 看等式是否成立 m1 OP m1 OM m2 O N 9 整理實驗器材放回原處 實驗分析注意事項 1 前提條件 碰撞的兩小球應保證 水平 和 正碰 2 斜槽末端必須水平 入射小球每次都必須從斜槽上同一高度靜止?jié)L下 白紙鋪好后不能移動 入射小球的質量應大于被碰小球的質量 即m1 m2 且r1 r2 r 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差 主要來源于裝置本身是否符合要求 即碰 撞是否為一維碰撞 2 偶然誤差 主要來源于質量m和平拋的水平距離的測量 基礎檢測 如圖S16 2所示為實驗室驗證動量守恒定律的實驗裝置示意圖 圖S16 2 1 若入射小球質量為m1 半徑為r1 被碰小球質量為m2 半徑為r2 則 A m1 m2 r1 r2B m1 m2 r1 r2 C m1 m2 r1 r2 D m1 m2 r1 r2 2 多選 為完成此實驗 以下所提供的測量工具中必需的 是 A 刻度尺C 天平 B 游標卡尺D 秒表 3 設入射小球的質量為m1 被碰小球的質量為m2 P為碰撞前入射小球落點的平均位置 若關系式 用m1 m2及圖中字母表示 成立 則表示碰撞中動量守恒 答案 1 C 2 AC 3 m1 OP m1 OM m2 ON 考點 實驗操作和原理的考查 重點歸納 1 實驗?？嫉牟僮?調節(jié)斜槽末端水平 把一小球放在斜槽末端 若小球不滾動 則已經水平 入射小球每次都要從同一高度由靜止釋放 保證碰撞前的速度不變 小球平均落點的確定 用一個最小的圓把小球的所有落點圈在一起 這個圓的圓心就是小球的平均落點 2 實驗原理 質量分別為m1和m2的兩小球發(fā)生正碰 碰前m1運動 m2靜止 根據(jù)動量守恒定律應有 m1v1 m1v1 m2v2 各小球在同一高度做平拋運動 運動時間相等 則動量 守恒時有 m1 OP m1 OM m2 O N 如圖S16 3所示 圖S16 3 典例剖析 例題 如圖S16 4所示 用 碰撞實驗器 可以驗證動量守恒定律 即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系 圖S16 4 1 實驗中 直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的 但是 可以通過僅測量 間接地解決這個問題 A 小球開始時的釋放高度hB 小球拋出點距地面的高度HC 小球做平拋運動的射程 2 圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影 實驗時 先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放 找到其平均落地點的位置P 測量平拋射程OP 然后 把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分 再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放 與小球m2相碰 并多次重復 接下來要完成的必要步驟是 A 用天平測量兩個小球的質量m1 m2B 測量小球m1開始時的釋放高度hC 測量拋出點距地面的高度H D 分別找到m1 m2相碰后平均落地點的位置M NE 測量平拋射程OM ON 3 若兩球相碰前后的動量守恒 其表達式可表示為 若碰撞是彈性碰撞 那么還應滿足的表達式為 用 2 中測量的量表示 4 經測定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地點的平均位置距O點的距離如圖S16 5所示 碰撞前后m1的動量分別為p1與p1 則p1 p1 11 若碰撞結束時m2的動量為p2 則p1 p2 11 實驗結果表明 碰撞 前 后總動量的比值 p1p1 p2 為 圖S16 5 5 有同學認為 在上述實驗中僅更換兩個小球的材質 其他條件不變 可以使被碰小球做平拋運動的射程增大 請你用 4 中已知的數(shù)據(jù) 分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為 cm 解析 1 在落地高度不變的情況下 水平位移就能反映平拋初速度的大小 所以僅測量小球做平拋運動的射程就能間接測量速度 2 測量平均落點的位置 找到平拋的水平位移 因此步驟中D E是必須的 而且D先E后 至于用天平測質量先后均可 答案 1 C 2 ADE 3 m1 OM m2 ON m1 OP m1 OM2 m2 ON2 m1 OP2 4 142 91 01 5 76 80 考點練透 2014年全國新課標卷 現(xiàn)利用如圖S16 6所示的裝置驗證動量守恒定律 在圖中 氣墊導軌上有A B兩個滑塊 滑塊A右側帶有一彈簧片 左側與打點計時器 圖中未畫出 的紙帶相連 滑塊B左側也帶有一彈簧片 上面固定一遮光片 光電計時器 未完全畫出 可以記錄遮光片通過光電門的時間 圖S16 6 實驗測得滑塊A的質量m1 0 310kg 滑塊B的質量m2 0 108kg 遮光片的寬度d 1 00cm 打點計時器所用交流電的頻率f 50 0Hz 將光電門固定在滑塊B的右側 啟動打點計時器 給滑塊A一向右的初速度 使它與B相碰 碰后光電計時器顯示的時間為 tB 3 500ms 碰撞前后打出的紙帶如圖S16 7所示 圖S16 7