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1、2018高三一轮总复习,物 理,提高效率 创造未来 铸就辉煌,必考部分 力学/1-7章,第七章 碰撞与动量守恒,实验7 验证功量守恒定律,栏 目 导 航,1,2,3,抓知识点,抓重难点,课时跟踪检测,一、实验目的 验证动量守恒定律 二、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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2,看碰撞前后动量是否守恒 三、实验器材 方案一:气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧计、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等 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
2、、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥 方案四:斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等,四、实验步骤 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如下图所示)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,方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如右图) 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
3、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(如下图),方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如下图所示),1测质量: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安装:按照上图所示安装实验装置调整固定斜槽使斜槽底端水平 3铺纸: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放球找点:不放被撞小球,每次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所有的小球落点圈在里面圆心
4、P就是小球落点的平均位置,5碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次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.如下图所示6验证: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m1OPm1OMm2ON,看在误差允许的范围内是否成立 7结束:整理好实验器材放回原处,2验证的表达式 方案一、二、三:m1v1m2v2m1v1m2v2. 方案四:m1OPm1OMm2ON. 六、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
5、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 (4)若利用斜槽小球碰撞应注意: 斜槽末端的切线必须水平; 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放; 选质量较大的小球作为入射小球; 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,某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复10次;再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上
6、,让a球仍从固定点由静止开始滚下,和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次,例 1,(1)本实验必须测量的物理量有_ A斜槽轨道末端距水平地面的高度H B小球a、b的质量ma、mb C小球a、b的半径r D小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E记录纸上O点到A、B、C各点的距离、 Fa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h (2)放上被碰小球b,两球(mamb)相碰后,小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_点和_点 (3)某同学在做实验时,测量了过程中的各个物理量,利用上述数据验证碰撞中的动量守恒,那么判断的依据是看_和_在误差允许范围内是否相等,(多选)
7、如图在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中,下列说法正确的是( ) A悬挂两球的线长度要适当,且等长 B由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C两小球必须都是刚性球,且质量相同 D两小球碰后可以粘合在一起共同运动,例 2,气垫导轨是一种常用的实验仪器,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的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如下图所示(弹簧的长度忽略不计),实验步骤如下: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
8、弹簧,由电动卡锁锁定,静止放置在气垫导轨上,例 3,d用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1 e按下电钮放开卡锁,同时使分别记录滑块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挡板时停止计时,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是_ (2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是_,上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因是_(写出一条即可),现利用下图(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
9、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 实验测得滑块A的质量m10.310 kg,滑块B的 质量m20.108 kg,遮光片的宽度d1.00 cm; 打点计时器所用交流电的频率f50.0 Hz. 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tB3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示,例 4,某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动他设计的装置
10、如下图甲所示在小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力,例 5,(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上)A为运动的起点,则应选_段来计算A碰前的速度,应选_段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”) (2)已测得小车A的质量m10.4 kg,小车B的质量为m20.2 kg,则碰前两小车的总动量为_kgm/s,碰后两小车的总动量为_kgm/s. 【解析】 (1)从分析纸带上打点的情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况
11、,应选用BC段计算小车A碰前的速度从CD段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度,如右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:
12、,例 6,(1)还需要测量的量是_、_和_ (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),在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如下图所示的装置进行如下的实验操作:先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于槽口处使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O; 将木板向远离槽口平移一段距离,再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹B;,例 7,然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端,小球a仍从原来挡板处由静止释放,与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C; 用天平测量a、b的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3. (1)小球a与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C,其中小球a撞在木板上的_点(填“A”或“C”) (2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为_(仅用ma、mb、y1、y2、y3表示),