《2011届高三物理高考第一轮复习课件：动量守恒定律 验证动量守恒定律.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011届高三物理高考第一轮复习课件：动量守恒定律 验证动量守恒定律.ppt（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十四验证动量守恒定律实验目的1 验证一维碰撞中的动量守恒 2 探究一维弹性碰撞的特点 要点归纳 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 找出碰撞前的动量p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v1 m2v2 看碰撞前后动量是否守恒 实验步骤方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验1 测质量 用天平测出滑块质量 2 安装 正确安装好气垫导轨 3 实验 接通电源 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 改变滑块的质量 改变滑块的初速度大小和方向 4 验证 一维碰撞中的动量守恒 实验器材方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 重物 弹簧片 细绳
2、 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 方案二 带细线的摆球 两套 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶布等 方案三 光滑长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 方案二 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1 测质量 用天平测出两小球的质量m1 m2 2 安装 把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 3 实验 一个小球静止 拉起另一个小球 放下时它们相碰 4 测速度 可以测量小球被拉起的角度 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 算出碰撞后对应小球的速度 5 改变条件 改变碰撞条件 重复实验 6 验证 一维碰撞中的动量守恒 方案三 在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1
3、 测质量 用天平测出两小车的质量 2 安装 将打点计时器固定在光滑长木板的一端 把纸带穿过打点时计器 连在小车的后面 在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 3 实验 接通电源 让小车A运动 小车B静止 两车碰撞时撞针插入橡皮泥中 把两小车连接成一体运动 4 测速度 通过纸带上两计数点间的距离及时间由v 算出速度 5 改变条件 改变碰撞条件 重复实验 6 验证 一维碰撞中的动量守恒 误差分析1 系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求 即 1 碰撞是否为一维碰撞 2 实验是否满足动量守恒的条件 如气垫导轨是否水平 两球是否等大 长木板实验是否平衡掉摩擦力 2 偶然误差 主要来源于质量m和速度v的
4、测量 3 改进措施 1 设计方案时应保证碰撞为一维碰撞 且尽量满足动量守恒的条件 2 采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差 注意事项1 前提条件 碰撞的两物体应保证 水平 和 正碰 2 方案提醒 1 若利用气垫导轨进行实验 调整气垫导轨时 注意利用水平仪确保导轨水平 2 若利用摆球进行实验 两小球静放时球心应在同一水平线上 且刚好接触 摆线竖直 将小球拉起后 两条摆线应在同一竖直面内 3 若利用长木板进行实验 可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力 3 探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变 例1 气垫导轨是常用的一种实验仪器 它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫 使滑块悬浮
5、在导轨上 滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦 我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律 实验装置如图13所示 采用的实验步骤如下 典例剖析 图1 a 用天平分别测出滑块A B的质量mA mB b 调整气垫导轨 使导轨处于水平 c 在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧 用电动卡销锁定 静止放置在气垫导轨上 d 用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1 e 按下电钮放开卡销 同时分别记录滑块A B运动时间的计时器开始工作 当A B滑块分别碰撞C D挡板时计时结束 记下A B分别到达C D的运动时间t1和t2 1 实验中还应测量的物理量及其符号是 2 利用上述测量的实验数据 验证动量守
6、恒定律的表达式是 上式中算得的A B两滑块的动量大小并不完全相等 产生误差的原因有 至少答出两点 解析A B两滑块被压缩的弹簧弹开后 在气垫导轨上运动时可视为匀速运动 因此只要测出A与C的距离L1 B与D的距离L2及A到C B到D的时间t1和t2 测出两滑块的质量 就可以用验证动量是否守恒 1 实验中还应测量的物理量为B的右端与D的距离 符号为L2 2 验证动量守恒定律的表达式是 产生误差的原因 L1 L2 mA mB的数据测量误差 没有考虑弹簧推动滑块的加速过程 滑块并不是标准的匀速直线运动 滑块与导轨间有少许摩擦力 答案 1 B的右端到D的距离L2 2 原因见解析 例2 碰撞的恢复系数的定
7、义为e 其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度 v1和v2分别是碰撞后两物体的速度 弹性碰撞的恢复系数e 1 非弹性碰撞的e 1 某同学借用验证动量守恒定律的实验装置 如图2所示 验证弹性碰撞的恢复系数是否为1 实验中使用半径相等的钢质小球1和2 它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞 且小球1的质量大于小球2的质量 图2 实验步骤如下 安装好实验装置 做好测量前的准备 并记下重垂线所指的位置O 第一步 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落点圈在里面 其圆心就是小球落点的平均位置 第二步 把小球2放在斜槽前端边缘处的B点 让小球1从A点
8、由静止滚下 使它们碰撞 重复多次 并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置 第三步 用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离 即线段的长度 在上述实验中 1 P点是的平均位置 M点是的平均位置 N点是的平均位置 2 请写出本实验的原理 写出用测量的量表示的恢复系数的表达式 3 三个落地点距O点的距离 与实验所用的小球质量是否有关 解析 1 P点是在实验的第一步中小球1落点的平均位置 M点是小球1与小球2碰撞后小球1落点的平均位置 N点是小球2落点的平均位置 2 原理 小球从槽口C飞出后作平抛运动的时间相同 设为t 则有小球2碰撞前静止 v20 0 3 与小球的质量无关
9、 和与小球的质量有关 答案见解析 创新实验 例3 为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞 某同学选取了两个体积相同 质量不相等的小球 按下述步骤做了如下实验 用天平测出两个小球的质量 分别为m1和m2 且m1 m2 按照如图3所示的那样 安装好实验装置 将斜槽AB固定在桌边 使槽的末端处的切线水平 将一斜面BC连接在斜槽末端 先不放小球m2 让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下 记下小球在斜面上的落点位置 将小球m2放在斜槽前端边缘处 让小球m1从斜槽顶端A处滚下 使它们发生碰撞 记下小球m1和m2在斜面上的落点位置 图3 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离
10、 图中D E F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置 到B点的距离分别为LD LE LF 根据该同学的实验 回答下列问题 1 小球m1和m2发生碰撞后 m1的落点是图中的点 m2的落点是图中的点 2 用测得的物理量来表示 只要满足关系式 则说明碰撞中动量守恒 3 用测得的物理量来表示 只要再满足关系式 则说明两小球的碰撞是弹性碰撞 解析由平抛运动的知识可知 设斜面BC的倾角为 小球从斜面顶端平抛落到斜面上 两者距离为L Lcos vt 可得v 由于 g都是恒量 所以 所以动量守恒的表达式可以是由能量守恒可得m1LE m1LD m2LF 答案 1 DF 2 3 m1LE m1LD m2LF
11、 1 某同学用如图4所示装置验证动量守恒定律 用轻质细线将小球1悬挂于O点 使小球1的球心到悬点O的距离为L 被碰小球2放在光滑的水平桌面上 将小球1从右方的A点 OA与竖直方向的夹角为 由静止释放 摆到最低点时恰与小球2发生正碰 碰撞后 小球1继续向左运动到C位置 小球2落到水平地面上到桌面边缘水平距离为x的D点 素能提升 1 实验中已经测得上述物理量中的 L x 为了验证两球碰撞过程动量守恒 还应该测量的物理量有 2 请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1小球2的动量 p1 p1 p2 p2 解析根据机械能守恒定律计算碰前和碰后小球1的速度 根据平抛运动规律计算碰后小球2的速度
12、 最后根据p mv计算各个动量值 答案 1 小球1的质量m1 小球2的质量m2 桌面高度h OC与OB间的夹角 2 2 某同学把两个质量不同的木块用细线连接 中间夹一个被压缩了的轻弹簧 如图5所示 将此系统置于光滑水平桌面上 烧断细线 观察两物体的运动情况 进行必要的测量 验证两物体相互作用的过程中动量守恒 1 该同学还需具备的器材是 2 需要直接测量的数据是 3 用所得数据验证动量守恒的关系式是 图5 解析 3 两木块质量分别为m1 m2 离开桌面至落地的过程是平抛运动 其水平位移分别为x1 x2 烧断细线前后由m1 m2两木块组成的系统若动量守恒 则有m1v1 m2v2 又因平抛运动的竖直
13、位移为 即两木块运动时间相等 所以 即m1x1 m2x2 答案 1 刻度尺 天平 2 两木块质量m1 m2及其做平抛运动的水平位移x1 x2 3 m1x1 m2x2 3 如图6乙所示为气垫导轨上两个滑块A B相互作用后运动过程的频闪照片 频闪的频率为10Hz 如图甲所示 开始两个滑块静止 它们之间有一根被绳子捆住压缩的轻弹簧 绳子烧断后 两个滑块向相反方向运动 已知滑块A B的质量分别为200g 300g 根据照片记录的信息 释放弹簧 A B离开弹簧后 A滑块做运动 其速度大小为 本实验得出 在实验误差允许范围内 两滑块组成的系统动量守恒 这一结论的依据是 解析释放弹簧后 相邻A 位置间距都是
14、9mm 相邻B 位置间距都是6mm A的速度为9 0 1mm s 0 09m s B的速度是6 0 1mm s 0 06m s 因为mAvA 0 2 0 09 0 018 kg m s mBvB 0 3 0 06 0 018 kg m s 答案匀速直线0 09m s碰前碰后总动量均为零 图6 4 在 验证动量守恒定律 的实验中 请回答下列问题 1 实验记录如图7甲所示 则A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的 B球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的 两空均选填 OM OP 或 ON 2 小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力 这对实验结果产生误差 选填 会 或 不会 3 实验装置如图甲所示 A球
15、为入射小球 B球为被碰小球 以下所列举的在实验过程中必须满足的条件 正确的是 A 入射小球的质量ma 可以小于被碰小球的质量mbB 实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度 C 入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放 D 斜槽末端的切线必须水平 小球放在斜槽末端处 应能静止 4 在 验证动量守恒定律 的实验中 某同学用如图乙所示的装置进行了如下的操作 先将斜槽轨道的末端调整水平 在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸 并将该木板竖直立于靠近槽口处 使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放 撞到木板并在白纸上留下痕迹O 将木板向右平移适当的距离 再使小球a从原固定点由静止释放 撞在木板上并在白纸上留下痕迹B 用天平测量a b两小球的质量分别为ma mb 用刻度尺测量白纸O点到A B C三点的距离分别为y1 y2和y3 用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒 其表达式为 答案 1 OPON 2 不会 3 D 4 把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端 让小球a仍从原固定点由静止释放 和小球b相碰后 两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C 返回
