2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 碰撞與動量守恒 實驗七 驗證動量守恒定律課件.ppt

實驗七驗證動量守恒定律 方案一 利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗 如圖1所示 圖1 1 測質(zhì)量 用測出滑塊質(zhì)量 2 安裝 正確安裝好氣墊導(dǎo)軌 3 實驗 接通電源 利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前 后的 改變滑塊的質(zhì)量 改變滑塊的初速度大小和方向 4 驗證 一維碰撞中的動量守恒 天平 速度 方案二 利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗 如圖2所示 圖2 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小球的質(zhì)量m1 m2 2 安裝 把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來 3 實驗 一個小球 拉起另一個小球 放下后它們 4 測速度 可以測量小球被拉起的角度 從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度 測量碰撞后小球擺起的角度 算出碰撞后對應(yīng)小球的 5 改變條件 改變碰撞條件 重復(fù)實驗 6 驗證 一維碰撞中的動量守恒 靜止 相碰 速度 方案三 在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗 如圖3所示 圖3 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小車的 2 安裝 將打點計時器固定在光滑長木板的一端 把紙帶穿過打點計時器 連在小車的后面 在兩小車的碰撞端分別裝上和橡皮泥 3 實驗 接通 讓小車A運動 小車B靜止 兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中 把兩小車連接成整體運動 4 測速度 通過紙帶上兩計數(shù)點間的及時間由v 算出速度 5 改變條件 改變碰撞條件 重復(fù)實驗 6 驗證 一維碰撞中的動量守恒 質(zhì)量 撞針 電源 距離 方案四 利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律 如圖4所示 圖4 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小球的質(zhì)量 并選定質(zhì)量大的小球為入射小球 2 安裝 按照圖4所示安裝實驗裝置 調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平 3 鋪紙 白紙在下 復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好 記下重垂線所指的位置O 4 放球找點 不放被撞小球 每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下 重復(fù)10次 用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面 圓心P就是小球落點的平均位置 5 碰撞找點 把被撞小球放在斜槽末端 每次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(fù)實驗10次 用步驟4的方法 標(biāo)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5所示 6 驗證 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m1 OP m1 OM m2 ON 看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立 圖5 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 碰撞是否為一維碰撞 實驗是否滿足動量守恒的條件 如氣墊導(dǎo)軌是否水平等 2 偶然誤差 主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量 注意事項 1 碰撞的兩物體應(yīng)保證 水平 和 正碰 2 若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時 注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 3 若利用擺球進行實驗 兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上 且剛好接觸 擺線豎直 將小球拉起后 兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi) 4 若利用長木板進行實驗 可在長木板下墊一個小木片以平衡摩擦力 5 若利用斜槽進行實驗 入射球質(zhì)量m1要大于被碰球質(zhì)量m2 即m1 m2 防止碰后m1被反彈 且兩球半徑r1 r2 r 熱點一教材原型實驗 例1 某同學(xué)用如圖6甲所示裝置來驗證動量守恒定律 實驗時先讓小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下 在水平地面上的記錄紙上留下痕跡 重復(fù)10次 然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端 讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下 和小球b相碰后 兩球分別落在記錄紙的不同位置處 重復(fù)10次 回答下列問題 圖6 答案 1 保持水平 2 3 AC 4 B 解析 1 小球離開軌道后應(yīng)做平拋運動 所以在安裝實驗器材時斜槽的末端必須保持水平 才能使小球做平拋運動 2 為防止在碰撞過程中入射小球被反彈 入射小球a的質(zhì)量ma應(yīng)該大于被碰小球b的質(zhì)量mb 為保證兩個小球的碰撞是對心碰撞 兩個小球的半徑應(yīng)相等 3 由題圖甲所示裝置可知 小球a和小球b相碰后 根據(jù)動量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度 由此可判斷碰后小球a b的落點位置分別為A C點 變式訓(xùn)練1 某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器 探究碰撞中的不變量 的實驗 在小車A的前端粘有橡皮泥 設(shè)法使小車A做勻速直線運動 然后與原來靜止的小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運動 如圖7所示 在小車A的后面連著紙帶 電磁打點計時器的頻率為50Hz 圖7 1 若已得到打點紙帶如圖8所示 并測得各計數(shù)點間的距離 則應(yīng)選圖中 段來計算A碰前的速度 應(yīng)選 段來計算A和B碰后的速度 2 已測得小車A的質(zhì)量mA 0 40kg 小車B的質(zhì)量mB 0 20kg 則由以上結(jié)果可得碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 3 從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看 A B碰撞的過程中 可能哪個物理量是不變的 圖8 解析 1 因為小車A與B碰撞前 后都做勻速運動 且碰后A與B黏在一起 其共同速度比A原來的速度小 所以 應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A碰前的速度 選點跡分布均勻且點距較小的DE段計算A和B碰后的速度 2 由題圖可知 碰前A的速度和碰后A B的共同速度分別為 故碰撞前 mAvA mBvB 0 40 1 05kg m s 0 20 0kg m s 0 420kg m s 碰撞后 mAvA mBvB mA mB vA 0 40 0 20 0 695kg m s 0 417kg m s 3 數(shù)據(jù)處理表明 mAvA mBvB mAvA mBvB 即在實驗誤差允許的范圍內(nèi) A B碰撞前后總的物理量mv是不變的 答案 1 BCDE 2 0 4200 417 3 mv 例2 如圖9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點下方桌子的邊沿有一豎直立柱 實驗時 調(diào)節(jié)懸點 使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2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(dāng)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(guān)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 此處 1 還需要測量的量是 和 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 圖9 解析 1 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(zhì)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和桌面高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(zhì)量和立柱高h 桌面高H就能求出彈性球2的動量變化 2 根據(jù) 1 的解析可以寫出動量守恒的方程 變式訓(xùn)練2 某同學(xué)利用電火花計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗 氣墊導(dǎo)軌裝置如圖10 a 所示 所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌 滑塊 彈射架等組成 在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔 向?qū)к壙涨粌?nèi)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(dǎo)軌上 這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差 圖10 1 下面是實驗的主要步驟 安裝好氣墊導(dǎo)軌 調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕 使導(dǎo)軌水平 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣 把電火花計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè) 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(diào)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(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間 先 然后 讓滑塊帶動紙帶一起運動 取下紙帶 重復(fù)步驟 選出理想的紙帶如圖 b 所示 測得滑塊1的質(zhì)量為310g 滑塊2 包括橡皮泥 的質(zhì)量為205g 完善實驗步驟 的內(nèi)容 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(jié)果均保留3位有效數(shù)字 3 試說明 2 中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 解析 1 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 3 結(jié)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 答案 1 接通打點計時器的電源釋放滑塊1 2 0 6200 618 3 紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用 A 懸掛兩球的線長度要適當(dāng) 且等長B 由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計算小球碰前的速度C 兩小球必須都是剛性球 且質(zhì)量相同D 兩小球碰后可以粘合在一起共同運動 1 多選 如圖11在利用懸線懸掛等大小球進行驗證動量守恒定律的實驗中 下列說法正確的是 圖11 答案ABD 2 2017 湖南三湘大聯(lián)考 氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器 它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊 使滑塊懸浮在水平導(dǎo)軌上 滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦 我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律 實驗裝置如圖12所示 彈簧的長度忽略不計 實驗步驟如下 圖12 a 用天平分別測出滑塊A B的質(zhì)量mA mB b 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌 使導(dǎo)軌處于水平狀態(tài) c 在A和B之間放入一個被壓縮的輕彈簧 用電動卡銷鎖定 靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上 d 用刻度尺測出A的左端到C的距離L1 e 按下電鈕 放開卡銷 同時使分別記錄滑塊A B運動時間的計時器開始工作 當(dāng)滑塊A B分別碰撞擋板C D時停止計時 記下滑塊A到達擋板C和滑塊B到達擋板D的運動時間t1和t2 1 實驗中還應(yīng)測量的物理量是 2 利用上述測量的實驗數(shù)據(jù) 可得出驗證動量守恒定律的表達式是 3 上式中算得的滑塊A B的動量大小并不完全相等 產(chǎn)生誤差的原因可能是 至少寫出兩點 3 產(chǎn)生誤差的原因可能是測量mA mB L1 L2 t1 t2時帶來的誤差 氣墊導(dǎo)軌不水平 滑塊與氣墊導(dǎo)軌間有摩擦 3 某同學(xué)用如圖13所示裝置通過半徑相同的A B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量 圖中PQ是斜槽 QR為水平槽 實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下 落到位于水平地面的記錄紙上 留下痕跡 重復(fù)上述操作10次 得到10個落點痕跡 再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方 讓A球仍從位置G由靜止開始滾下 和B球碰撞后 A B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡 重復(fù)這種操作10次 圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點 圖13 1 安裝器材時要注意 固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿 方向 2 某次實驗中 得出小球落點情況如圖14所示 單位是cm P M N分別是入射小球在碰前 碰后和被碰小球在碰后落點的平均位置 把落點圈在內(nèi)的最小圓的圓心 則入射小球和被碰小球質(zhì)量之比為m1 m2 圖14 代入數(shù)據(jù)可解得m1 m2 4 1 答案 1 水平 2 4 1 解析 1 為保證小球滾落后做平拋運動 斜槽末端的切線要沿水平方向 2 由碰撞過程中mv的乘積總量守恒可知