《（江苏专用）2018版高考物理大一轮复习 第十三章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 实验十三 验证动量守恒定律课件（选修3-5）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专用）2018版高考物理大一轮复习 第十三章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 实验十三 验证动量守恒定律课件（选修3-5）（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十三验证动量守恒定律 第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核 内容索引 过好双基关 命题点一教材原型实验 命题点二实验拓展创新 过好双基关 1 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p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v1 m2v2 看碰撞前后动量是否相等 2 实验器材斜槽 小球 两个 直尺 复写纸 白纸 圆规等 天平 3 实验步骤 1 用天平测出两小球的质量 并选定质量大的小球为入射小球 2 按照图甲安装实验装置 调整 固定斜槽使斜槽底端水平 3 白纸在下 复写纸在上且在适当位置铺放好 记下重垂线所指的位置O 4 不放被撞
2、小球 让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下 重复10次 用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面 圆心P就是小球落点的平均位置 5 把被撞小球放在斜槽末端 让入射小球从斜槽同一高度自由滚下 使它们发生碰撞 重复实验10次 用步骤 4 的方法 标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N 如图乙所示 6 连接ON 测量线段OP OM ON的长度 将测量数据填入表中 最后代入 看在误差允许的范围内是否成立 7 整理好实验器材放回原处 8 实验结论 在实验误差允许范围内 碰撞系统的动量守恒 2 注意事项 1 斜槽末端的切线必须 2 入射小球每次都必须从斜槽高度由释放 3 选质量较
3、的小球作为入射小球 4 实验过程中实验桌 斜槽 记录的白纸的位置要始终保持不变 1 数据处理 水平 同一 静止 大 命题点一教材原型实验 2 如图所示 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 例1 1 实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的 但可以通过仅测量 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hB 小球抛出点距地面的高度HC 小球做平抛运动的射程 答案 解析 2 图中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位置由静止释放 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
4、轨道的水平部分 再将入射球m1从斜轨上S位置由静止释放 与小球m2相碰 并多次重复 接下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 m2B 测量小球m1开始释放高度hC 测量抛出点距地面的高度HD 分别找到m1 m2相碰后平均落地点的位置M NE 测量平抛射程OM ON 答案 解析 由表达式知 在OP已知时 需测量m1 m2 OM和ON 故必要步骤有A D E 3 若两球相碰前后动量守恒 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 若为弹性碰撞 则满足动量守恒的同时满足动能守恒 则m1 OP m1 OM
5、 m2 ON可得m1 OP2 m1 OM2 m2 ON2 答案 解析 m1 OP m1 OM m2 ON m1 OP2 m1 OM2 m2 ON2 4 经测定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示 碰撞前后m1的动量分别为p1与p1 则p1 p1 11 若碰撞结束时m2的动量为p2 则p1 p2 11 实验结果说明 碰撞前后总动量的比值 答案 解析 14 2 9 1 1 1 01均可 解析 联立可得p1 p1 OP OM 44 80 35 20 14 11 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
6、 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 答案 解析 76 8 其他条件不变 使ON最大 则m1 m2发生弹性碰撞 则其动量和能量均守恒 可得 1 在 验证动量守恒定律 的实验中 已有的实验器材有 斜槽轨道 大小相等质量不同的小钢球两个 重锤线一条 白纸 复写纸 圆规 实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如图所示 试根据实验要求完成下列填空 1 实验前 轨道的调节应注意 答案 解析 槽的末端的切线是水平的 由于要保证两物体发生弹性碰撞后做平抛运动 即初速度沿水平方向 所以必需保证槽的末端的切线是水平的 由于实验要重复进行多次以确定同一个弹性碰
7、撞后两小球的落点的确切位置 所以每次碰撞前入射球a的速度必须相同 根据mgh 可得v 所以每次必须让a球从同一高处静止释放滚下 2 实验中重复多次让a球从斜槽上释放 应特别注意 答案 解析 让a球从同一高处静止释放滚下 3 实验中还缺少的测量器材有 答案 解析 天平 刻度尺 要验证mav0 mav1 mbvb 由于碰撞前后入射球和靶球从同一高度同时做平抛运动 根据h 可得两球做平抛运动的时间相同 故可验证mav0t mav1t mbvbt 而v0t OP v1t OM v2t ON 故只需验证ma OP ma OM mb ON 所以要测量a球的质量ma和b球的质量mb 故需要天平 要测量两物体
8、平抛时水平方向的位移即线段OP OM和ON的长度 故需要刻度尺 4 实验中需要测量的物理量是 答案 解析 a球的质量ma和b球的质量mb 线段OP OM和ON的长度 由 3 的解析可知实验中需测量的物理量是a球的质量ma和b球的质量mb 线段OP OM和ON的长度 5 若该碰撞过程中动量守恒 则一定有关系式 成立 答案 解析 ma OP ma OM mb ON 由 3 的解析可知若该碰撞过程中动量守恒 则一定有关系式 ma OP ma OM mb ON 命题点二实验拓展创新 3 现利用图 a 所示的装置验证动量守恒定律 在图 a 中 气垫导轨上有A B两个滑块 滑块A右侧带有一弹簧片 左侧与打
9、点计时器 图中未画出 的纸带相连 滑块B左侧也带有一弹簧片 上面固定一遮光片 光电计时器 未完全画出 可以记录遮光片通过光电门的时间 例2 实验测得滑块A的质量m1 0 310kg 滑块B的质量m2 0 108kg 遮光片的宽度d 1 00cm 打点计时器所用交流电的频率f 50 0Hz 将光电门固定在滑块B的右侧 启动打点计时器 给滑块A一向右的初速度 使它与B相碰 碰后光电计时器显示的时间为 tB 3 500ms 碰撞前后打出的纸带如图 b 所示 答案 解析 见解析 按定义 滑块运动的瞬时速度大小v为 式中 s为滑块在很短时间 t内走过的路程设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 tA 则 tA
10、可视为很短 设滑块A在碰撞前 后瞬时速度大小分别为v0 v1 将 式和图给实验数据代入 式可得v0 2 00m s v1 0 970m s 设滑块B在碰撞后的速度大小为v2 由 式有 代入题给实验数据得v2 2 86m s 设两滑块在碰撞前 后的动量分别为p和p 则p m1v0 p m1v1 m2v2 两滑块在碰撞前 后总动量相对误差的绝对值为 联立 式并代入有关数据 得 p 1 7 5 因此 本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律 2 把两个大小相同 质量不等的金属球用细线连接起来 中间夹一被压缩了的轻弹簧 置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上 如图所示 现烧断细线 观察两球的运动情况 进行
11、必要的测量 探究物体间发生相互作用时的不变量 测量过程中 1 还必须添加的器材有 答案 解析 刻度尺 白纸 复写纸 图钉 细线 铅锤 木板 天平 两球弹开后 分别以不同的速度离开桌面做平抛运动 两球做平抛运动的时间相等 均为t h为桌面离地的高度 根据平抛运动规律 由两球落地点距抛出点的水平距离x vt 知两球水平速度之比等于它们的射程之比 即v1 v2 x1 x2 所以本实验中只需测量x1 x2即可 测量x1 x2时需准确记下两球落地点位置 故需要刻度尺 白纸 复写纸 图钉 细线 铅锤 木板等 若要探究m1x1 m2x2或者是否成立 还需用天平测量两球质量m1 m2 2 需直接测量的数据是
12、3 需要验算的表达式如何表示 答案 两物体的质量m1 m2 水平射程x1 x2 m1x1 m2x2 3 如图是用来验证动量守恒的实验装置 弹性球1用细线悬挂于O点 O点下方桌子的边缘有一竖直立柱 实验时 调节悬点 使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高 将球1拉到A点 并使之静止 同时把球2放在立柱上 释放球1 当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞 碰后球1向左最远可摆到B点 球2落到水平地面上的C点 测出有关数据即可验证1 2两球碰撞时动量守恒 现已测出A点离水平桌面的距离为a B点离水平桌面的距离为b C点与桌子边沿间的水平距离为c 此外 1 还需要测量的量是 和 弹性球1
13、2的质量m1 m2 立柱高h 桌面离水平地面的高度H 答案 解析 要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化 根据弹性球1碰撞前后的高度a和b 由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度 故只要再测量弹性球1的质量m1 就能求出弹性球1的动量变化 根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化 故只要测量弹性球2的质量和立柱高h 桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化 2 根据测量的数据 该实验中动量守恒的表达式为 忽略小球的大小 答案 解析 根据 1 的解析可以写出动量守恒的方程 4 为了验证动量守恒定律 探究碰撞中的不变量 某同学选取了两
14、个材质相同 体积不等的立方体滑块A和B 按下述步骤进行实验 步骤1 在A B的相撞面分别装上橡皮泥 以便二者相撞以后能够立刻结为整体 步骤2 安装好实验装置如图所示 铝质轨道槽的左端是倾斜槽 右端是长直水平槽 倾斜槽和水平槽由一小段圆弧连接 轨道槽被固定在水平桌面上 在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机 步骤3 让滑块B静置于水平槽的某处 滑块A从斜槽某处由静止释放 同时开始频闪拍摄 直到A B停止运动 得到一幅多次曝光的数码照片 步骤4 多次重复步骤3 得到多幅照片 挑出其中最理想的一幅 打印出来 将刻度尺紧靠照片放置 如图所示 1 由图分析可知 滑块A与滑块B碰撞发生的位
15、置 在P5 P6之间 在P6处 在P6 P7之间 答案 解析 由图可知x12 3 00cm x23 2 80cm x34 2 60cm x45 2 40cm x56 2 20cm x67 1 60cm x78 1 40cm x89 1 20cm 根据匀变速直线运动的特点可知A B相撞的位置在P6处 2 为了探究碰撞中动量是否守恒 需要直接测量或读取的物理量是 A B两个滑块的质量m1和m2 滑块A释放时距桌面的高度 频闪照相的周期 照片尺寸和实际尺寸的比例 照片上测得的x45 x56和x67 x78 照片上测得的x34 x45 x56和x67 x78 x89 滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式 答案 解析 m1 x45 2x56 x34 m1 m2 2x67 x78 x89
