2019年高考物理一輪復習 第六章 動量守恒定律 實驗七 驗證動量守恒定律課件.ppt

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實驗七驗證動量守恒定律 第六章動量守恒定律 內容索引 過好雙基關 命題點一教材原型實驗 命題點二實驗拓展創(chuàng)新 1 過好雙基關 1 實驗原理在一維碰撞中 測出物體的質量m和碰撞前 后物體的速度v v 算出碰撞前的動量p m1v1 m2v2及碰撞后的動量p m1v1 m2v2 看碰撞前后動量是否相等 2 實驗器材斜槽 小球 兩個 直尺 復寫紙 白紙 圓規(guī)等 天平 3 實驗步驟 1 用天平測出兩小球的質量 并選定質量大的小球為入射小球 2 按照如圖甲所示安裝實驗裝置 調整 固定斜槽使斜槽底端水平 3 白紙在下 復寫紙在上且在適當位置鋪放好 記下重垂線所指的位置O 4 不放被撞小球 讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下 重復10次 用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面 圓心P就是小球落點的平均位置 5 把被撞小球放在斜槽末端 讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下 使它們發(fā)生碰撞 重復實驗10次 用步驟 4 的方法 標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N 如圖乙所示 6 連接ON 測量線段OP OM ON的長度 將測量數(shù)據(jù)填入表中 最后代入 看在誤差允許的范圍內是否成立 7 整理好實驗器材放回原處 8 實驗結論 在實驗誤差允許范圍內 碰撞系統(tǒng)的動量守恒 1 數(shù)據(jù)處理驗證表達式 2 注意事項 1 斜槽末端的切線必須 2 入射小球每次都必須從斜槽高度由釋放 3 選質量較的小球作為入射小球 4 實驗過程中實驗桌 斜槽 記錄的白紙的位置要始終保持不變 水平 同一 靜止 大 2 命題點一教材原型實驗 如圖所示 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 1 實驗中直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的 但可以通過僅測量 填選項前的符號 間接地解決這個問題 A 小球開始釋放高度hB 小球拋出點距地面的高度HC 小球做平拋運動的射程 例1 答案 解析 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 填選項前的符號 A 用天平測量兩個小球的質量m1 m2B 測量小球m1開始釋放高度hC 測量拋出點距地面的高度HD 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 答案 3 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 實驗結果說明 碰撞前后總動量的比值 答案 解析 14 2 9 1 01 4 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 答案 解析 76 80 其他條件不變 使ON最大 則m1 m2發(fā)生彈性碰撞 則其動量和能量均守恒 可得v2 1 在 驗證動量守恒定律 的實驗中 已有的實驗器材有 斜槽軌道 大小相等質量不同的小鋼球兩個 重錘線一條 白紙 復寫紙 圓規(guī) 實驗裝置及實驗中小球運動軌跡及落點的情況簡圖如圖所示 試根據(jù)實驗要求完成下列填空 1 實驗前 軌道的調節(jié)應注意 槽的末端的切線是水平的 答案 解析 平拋運動 2 實驗中重復多次讓a球從斜槽上釋放 應特別注意 答案 解析 靜止釋放滾下 讓a球從同一高處 保證初速度相同 3 實驗中還缺少的測量器材有 答案 解析 天平 刻度尺 要驗證mav0 mav1 mbv2 平拋運動的時間相同 故可驗證mav0t mav1t mbv2t 而v0t OP v1t OM v2t ON 故只需驗證ma OP ma OM mb ON 故需要天平 刻度尺 4 實驗中需要測量的物理量是 答案 解析 a球的質量ma和b球的質量mb 線段OP OM和ON的長度 由 3 的解析可知實驗中需測量的物理量是a球的質量ma和b球的質量mb 線段OP OM和ON的長度 5 若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關系式 成立 ma OP ma OM mb ON 由 3 的解析可知若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關系式ma OP ma OM mb ON 答案 解析 3 命題點二實驗拓展創(chuàng)新 2014 新課標全國 35 2 現(xiàn)利用圖 a 所示的裝置驗證動量守恒定律 在圖 a 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 例2 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 b 所示 若實驗允許的相對誤差絕對值最大為5 本實驗是否在誤差范圍內驗證了動量守恒定律 寫出運算過程 答案 解析 見解析 2 把兩個大小相同 質量不等的金屬球用細線連接起來 中間夾一被壓縮了的輕彈簧 置于摩擦可以忽略不計的水平桌面上 如圖所示 現(xiàn)燒斷細線 觀察兩球的運動情況 進行必要的測量 探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量 測量過程中 1 還必須添加的器材有 圖釘 細線 鉛錘 木板 天平 刻度尺 白紙 復寫紙 答案 2 需直接測量的數(shù)據(jù)是 答案 3 需要驗算的表達式如何表示 答案 兩球的質量m1 m2 水平射程x1 x2 m1x1 m2x2 3 如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置 彈性球1用細線懸掛于O點 O點下方桌子的邊緣有一豎直立柱 實驗時 調節(jié)懸點 使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高 將球1拉到A點 并使之靜止 同時把球2放在立柱上 釋放球1 當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞 碰后球1向左最遠可擺到B點 球2落到水平地面上的C點 測出有關數(shù)據(jù)即可驗證1 2兩球碰撞時動量守恒 現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a B點離水平桌面的距離為b C點與桌子邊沿間的水平距離為c 此外 1 還需要測量的量是 和 答案 解析 彈性球1 2的質量m1 m2 立柱高h 離水平地面的高度H 桌面 要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化 根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b 由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度 故只要再測量彈性球1的質量m1 就能求出彈性球1的動量變化 根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化 故只要測量彈性球2的質量m2和立柱高h 桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動量變化 2 根據(jù)測量的數(shù)據(jù) 該實驗中動量守恒的表達式為 忽略小球的大小 答案 解析 根據(jù) 1 的解析可以寫出動量守恒的方程 4 某同學利用電火花計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗 氣墊導軌裝置如圖 a 所示 所用的氣墊導軌裝置由導軌 滑塊 彈射架等組成 在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔 向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣 空氣會從小孔中噴出 使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上 這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差 1 下面是實驗的主要步驟 安裝好氣墊導軌 調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕 使導軌水平 向氣墊導軌通入壓縮空氣 把電火花計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側 將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端 調節(jié)打點計時器的高度 直至滑塊拖著紙帶移動時 紙帶始終在水平方向 使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩 把滑塊2放在氣墊導軌的中間 先 然后 讓滑塊帶動紙帶一起運動 取下紙帶 重復步驟 選出理想的紙帶如圖 b 所示 測得滑塊1的質量為310g 滑塊2 包括橡皮泥 的質量為205g 完善實驗步驟 的內容 接通打點計時器的電源 釋放滑塊1 答案 解析 使用打點計時器時 先接通電源后釋放紙帶 所以先接通打點計時器的電源 后釋放滑塊1 2 已知打點計時器每隔0 02s打一個點 計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為kg m s 兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為kg m s 結果均保留三位有效數(shù)字 答案 解析 根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得 碰撞前滑塊1的動量為 p1 m1v1 0 310 kg m s 0 620kg m s 滑塊2的動量為零 所以碰撞前的總動量為0 620kg m s 碰撞后滑塊1 2速度相等 所以碰撞后總動量為 m1 m2 v2 0 310 0 205 kg m s 0 618kg m s 0 620 0 618 3 試說明 2 中兩結果不完全相等的主要原因是 答案 解析 結果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用 紙帶和打點計時器限位孔 之間有摩擦力的作用