高考物理试题:实验十六-验证动量守恒定律

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1、实验十六,验证动量守恒定律,实验准备 实验目的 (1)验证一维碰撞中的动量守恒定律 (2)探究一维弹性碰撞的特点,实验器材 _、大小相等质量不同的小钢球两个、重锤线、白 纸、_、天平、刻度尺、_、铅笔等,实验原理 在一维碰撞中,测出物体的质量 m1、m2 和碰撞前后物体的 速度 v、v2 和 v1、v2,算出碰撞前的动量 pm1v1m2v2及 碰撞后的动量 pm1v1m2v2,即可验证碰撞前后动量是,否守恒,斜槽,复写纸,圆规,实验过程,实验步骤,水平高度,(1)先用天平测出小钢球的质量 m1、m2. (2)按要求安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使斜槽的 末端切线_,把被碰小球放在斜槽前边的

2、小支柱上,调 节实验装置使两小球碰撞时处于同一_,确保碰撞,后的速度方向水平,复写纸,(3)在地上铺一张白纸,白纸上铺放_ (4)在白纸上记下重锤线所指的位置 O,它表示入射小球 m1 碰撞前球心的竖直投影位置,水平,(5)先不放_,让入射小球从斜槽上_ 处滚下,重复 10 次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点 圈在里面,圆心就是入射小球不碰撞时的落地点平均位置 P. (6)把_放在小支柱上,让入射小球从同一高度 滚下,使它们发生正碰,重复 10 次,同理求出入射小球落点的 平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N.,被碰小球,同一高度,被碰小球,(7)过 O、N 在纸上作一直线,取 O

3、O2r,O就是被碰 小球碰撞时球心的竖直投影位置(如图 S16-1 所示) 图S16-1 (8)用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度,把两小球 的质量和相应的水平位移数值代入_,,看等式是否成立,m1OPm1OMm2ON,(9)整理实验器材放回原处,实验分析 注意事项,(1)前提条件:碰撞的两小球应保证“水平”和“正碰” (2)斜槽末端必须水平;入射小球每次都必须从斜槽上同一 高度静止滚下;白纸铺好后不能移动;入射小球的质量应大于 被碰小球的质量,即 m1m2,且 r1r2r.,误差分析,(1)系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,即碰,撞是否为一维碰撞,(2)偶然误差:主要来源于质

4、量 m 和平抛的水平距离的测量,【基础检测】 如图 S16-2 所示为实验室验证动量守恒定律的实验装置示 意图 图S16-2 (1)若入射小球质量为 m1、半径为 r1,被碰小球质量为 m2、,半径为 r2,则(,),Am1m2,r1r2 Bm1m2,r1r2,Cm1m2,r1r2,Dm1m2,r1r2,(2)(多选)为完成此实验,以下所提供的测量工具中必需的,是(,),A刻度尺 C天平,B游标卡尺 D秒表,(3)设入射小球的质量为 m1,被碰小球的质量为 m2,P 为碰 撞前入射小球落点的平均位置,若关系式_(用 m1、m2 及图中字母表示)成立,则表示碰撞中动量守恒,答案:(1)C (2)

5、AC,(3)m1OPm1OMm2ON,考点,实验操作和原理的考查,重点归纳 (1)实验常考的操作 调节斜槽末端水平:把一小球放在斜槽末端,若小球不 滚动,则已经水平 入射小球每次都要从同一高度由静止释放,保证碰撞前 的速度不变 小球平均落点的确定:用一个最小的圆把小球的所有落 点圈在一起,这个圆的圆心就是小球的平均落点,(2)实验原理,质量分别为 m1 和 m2 的两小球发生正碰,碰前 m1 运动,,m2 静止,根据动量守恒定律应有,m1v1m1v1m2v2.,各小球在同一高度做平抛运动,运动时间相等,则动量,守恒时有,m1OPm1OMm2ON.(如图 S16-3 所示),图S16-3,典例剖

6、析,例题:如图 S16-4 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,图S16-4,(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的但是,,可以通过仅测量_,间接地解决这个问题,A小球开始时的释放高度 h B小球抛出点距地面的高度 H C小球做平抛运动的射程,(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 静置于轨 道的水平部分,再将入射球 m1 从斜轨上 S 位置静止释放,与小 球 m2 相碰,并多次重复接

7、下来要完成的必要步骤是_,A用天平测量两个小球的质量 m1、m2 B测量小球 m1 开始时的释放高度 h C测量抛出点距地面的高度 H,D分别找到 m1、m2 相碰后平均落地点的位置 M、N E测量平抛射程 OM、ON,(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为_ _;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 (4)经测定,m145.0 g,m27.5 g,小球落地点的平均位 置距 O 点的距离如图 S16-5 所示碰撞前后 m1 的动量分别为 p1 与 p1,则 p1p1_11;若碰撞结束时 m2 的动 量为 p2,则 p1p211_.实验结果表明,碰撞,前

8、、后总动量的比值,p1 p1p2,为_,图S16-5,(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.,解析:(1)在落地高度不变的情况下,水平位移就能反映平 抛初速度的大小,所以仅测量小球做平抛运动的射程就能间接 测量速度,(2)测量平均落点的位置,找到平抛的水平位移,因此步骤 中D、E是必须的,而且D 先E后,至于用天平测质量先后均可,答案:(1)C (2)ADE,(3)m1OMm2ONm1OP,m1OM2m2ON2m1OP2 (4)14 2

9、.9 1.01,(5)76.80,【考点练透】,(2014 年全国新课标卷)现利用如图 S16-6 所示的装置验 证动量守恒定律在图中,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,图S16-6,实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg,滑块 B 的质量 m2 0.108 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 S16-7 所示,图S16-7,

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