南方新高考2018版高考物理大一轮复习实验十二验证动量守恒定律课件

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1、实验十二,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v1、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.,实验器材,斜槽,复写纸,圆规,_、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. 实验过程,实验步骤,水平,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小支

2、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.,(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放_.,复写纸,(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.,被碰小球,同一高度,(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,(7)过 O、N 在纸上作一直线，取 OO2

3、r，O就是被碰 小球碰撞时球心的竖直投影位置.(如图 S12-1 所示) 图 S12-1 (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

4、于质量 m 和平抛的水平距离的测量.,【基础检测】,某同学用如图 S12-2 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 球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，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.,图 S12-2,(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.

5、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)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. 解析：(1)B 点是不发生碰撞时a 球的落地点，A 点是发生 碰撞后a 球的落地点，C 点是碰后b 球的落地点.设小球a 运动 到轨道末端时的速度大小为vB，与球 b 发生碰撞后的瞬时速度 大小为vA，碰后b球的速度大小为v

6、C，本实验就是要验证关系 式mavBmavAmbvC是否成立.因为小球做平抛运动的高度相,同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速 否成立，B、E 正确.,(2)两球碰撞后，a 球在水平方向上的分速度较小，下落时 间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球 a、b 的落地点 依次是图中水平面上的 A 点和 C 点.,考点1,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

7、心就是小球的平均落点.,(2)实验原理,图 S12-3,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,典例剖析,例题：如图 S12-4 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 S12-4,(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

8、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

9、(2)中测量的量表示,图 S12-5,(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,(5)76.80,【考点练透】,1.在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学用如图

10、 S12-6,所示的装置进行如下的实验操作：,图 S12-6,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； 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

11、、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_(填“A”或“C”)点. (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).,解析：(1)碰后vavb，所以a撞在木板上的C点.,考点2 重点归纳 实验方案一,其他验证方案 利用气垫导轨完成一维碰撞实验,实验器材 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、橡皮泥等.,实验步骤,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

12、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.,数据处理,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 (挡光片)经过光电门的时间. 2.验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2,实验方案二 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验,实验器材,带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、,胶布等.,实验步骤,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

13、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.,数据处理,1.摆球速度的测量： ，式中 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).,2.验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2,实验方案三,在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验,实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞 针、橡皮泥等.,实验步骤 1.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

14、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运动.,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.,数据处理,2.验证的表达式：m1v1m2v2(m1m2)v,典例剖析,例2：(2014 年新课标全国卷)现利用如图 S12-7 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(

15、未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.,图 S12-7,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tB 3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图 S12-8 所示.,图 S12-8,最大为 5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？请 写出运算过程. 解：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 设纸带上相邻两点的时间间隔为tA ，则,tA 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 2.00 m/s v10.970 m/s 设滑块 B 在碰撞后的速度大小为v2，由式有,v2,d tB,代