《（新课标）2018版高考物理大一轮复习 第十四章 第2讲 实验十六 验证动量守恒定律课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（新课标）2018版高考物理大一轮复习 第十四章 第2讲 实验十六 验证动量守恒定律课件（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验目的 验证碰撞中的动量守恒。 实验原理,知识梳理,在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前、后两物体的 速度v1、v2及v1、v2,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p=m1 v1+m2v2,看碰撞前、后动量是否守恒。,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、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。,方案四 斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、 复写纸、天平、刻度
2、尺、圆规、三角板。,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。 方案二 利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞实验,(1)测质量:用天平分别测出两小球的质量m1、m2。 (2)安装:把两个大小相等的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,
3、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 在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 (1)测质量:用天平分别测出两小车的质量。 (2)安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时,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继续向前运动。 (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
4、守恒。 方案四 利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验 (1)先用天平测出小球质量m1、m2。 (2)按图中那样安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水,平,把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上,调节实验装置使两小球碰撞时 处于同一水平高度,且碰撞瞬间,入射球与被碰球的球心连线与轨道末端 的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。,(5)先不放被碰小球,让入射球从斜槽上同一高度处滚下,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P。 (6)把被碰小球放在小支柱上,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正 碰,重复10次,仿步骤5找出入射小球
5、落点的平均位置M和被碰小球落点的 平均位置N。 (7)过O、N在纸上作一直线,取 =2r,O就是被碰小球碰撞时的球心投 影位置(用刻度尺和三角板测小球直径2r)。 (8)用刻度尺量出线段 、 、 的长度,把两小球的质量和长度数 值代入m1 =m1 +m2 看是否成立。,(3)在地面上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球m1碰前的位置。,数据处理 (1)速度的测量 方案一 滑块速度的测量:v= ,式中x为滑块上挡光片的宽度(仪器说 明书上给出,也可直接测量),t为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光 电门的时间。 方案二 摆球速度的测量:v= ,式中
6、h为小球释放时(或碰撞后摆起 的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。 方案三 小车速度的测量:v= ,式中x是纸带上两计数点间的距离,可 用刻度尺测量,t为小车经过x距离的时间,可由打点间隔算出。,(2)验证的表达式 m1v1+m2v2=m1v1+m2v2。 方案四 验证的表达式m1 =m1 +m2 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,且两球刚好 接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面
7、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)若利用斜槽进行小球碰撞应注意: 斜槽末端的切线必须水平; 入射小球每次都必须从斜槽上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。,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。 误差分析,1.系统误差 主要来源于装置本身(是否符合要求)。 (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 木板实验时是否平衡掉摩擦力。,2.偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量。,1.如图甲所示,在水平光滑
8、轨道上停着甲、乙两辆实验小车,甲车系一穿过 打点计时器的纸带,启动打点计时器甲车受到一水平向右的冲量。运动一 段距离后,与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。,纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图乙所示,电源频率为50 Hz,则碰撞前甲车运动速度大小为 m/s,甲、乙两车的质量之比m甲 m乙= 。 答案 0.6 21 解析 由图乙可得碰前甲车的速度为 v1= m/s=0.6 m/s 碰后两车的共同速度v2= m/s=0.4 m/s 由动量守恒定律有m甲v1=(m甲+m乙)v2 由此得甲、乙两车的质量之比 = = =,2.某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气 垫导
9、轨装置如图甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组 成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔 内不断通入压缩空气,空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上, 这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。,把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点 计时器(未画出)与弹射架并固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直 至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向; 使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳; 把滑块2放在气垫导轨的中间; 先 ,然后 ,让滑块带动纸带一起运动; 关闭电源,取下纸带,重复步骤,选出理想的纸带如图乙所示; 测
10、得滑块1的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。 完善实验步骤的内容。 (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,计算可知两滑块相互作用以前系,(1)下面是实验的主要步骤: 安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; 向气垫导轨空腔内通入压缩空气;,统的总动量为 kgm/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为 kgm/s(保留三位有效数字)。 (3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是: 。 答案 (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1 (2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦 解析 (1)实验时应先接通打点计时器的电源,再放开滑
11、块1。 (2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0=m1v0 v0= m/s=2 m/s,p0=0.3102 kgm/s=0.620 kgm/s,作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和,且此时两滑块具有相同的 速度v,v= m/s=1.2 m/s,p=(m1+m2)v=(0.310+0.205)1.2 kgm/s=0.618 kg m/s (3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔间有摩擦。,3.气垫导轨上有A、B两个滑块,开始时两个滑块静止,它们之间有一根被压 缩的轻质弹簧,滑块间用绳子连接(如图甲所示),绳子烧断后,两个滑块向相 反方向运动,图乙为它们运动过程的频闪照片,频闪的频
12、率为10 Hz,由图可 知: (1)A、B离开弹簧后,应该做 运动,已知滑块A、B的质量分别为200,g、300 g,根据照片记录的信息,从图中可以看出闪光照片有明显与事实不 相符合的地方是 。 (2)若不计此失误,分开后,A的动量大小为 kgm/s,B的动量大小为 kgm/s,本实验中得出“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 。 答案 (1)匀速直线 A、B两滑块各自的第一个间隔 (2)0.018 0.018 A、B两滑块作用前后总动量相等,均为零 解析 (1)A、B离开弹簧后因水平方向不再受外力作用,所以均做匀速直 线运动,在离开弹簧前A、B均做加速运动,A
13、、B两滑块各自的第一个间隔,应该比后面匀速时的间隔的长度小。 (2)周期T= =0.1 s,v= ,由图知A、B匀速时速度分别为vA=0.09 m/s,vB=0.06 m/s,分开后A、B的动量大小均为p=0.018 kgm/s,方向相反,满足动量守恒, 系统的总动量为零。,4.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点正 下方桌子的边沿有一竖直立柱。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
14、。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。此处,(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)。 答案 (1)弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h 桌面高H (2)2m1 =2m1 +m2,解析 (1)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碰撞前后相对于桌面的高度a和b,由机械能守恒可以求出其碰撞前后 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和桌面高
15、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m2和立柱高h、桌面高H就能 求出弹性球2的动量变化。 (2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程 2m1 =2m1 +m2,一、实验原理与操作,重难突破,典例1 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 端静止放置,让a球仍从原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。,(1)(多选)本实验必须测量的物理量是 。(填序号字母) A.斜槽
16、轨道末端到水平地面的高度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OA、OB、OC F.a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)根据实验要求,ma mb(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (3)放上被碰小球后,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地,对实验 结果有没有影响?(不必做分析) (4)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻线跟记录纸,上的O点对齐,如图给出了小球a落点附近的情况,由图可得OB距离应为 cm。 (5)按照本实验方法,验证动量守恒的验证式是 。 解析 (1)必须测量的物理量有两小球的质量ma、mb
