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1、实验七 验证动量守恒定律,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实 夯基础,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. (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
2、的位置要始终保持不变. 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等. 2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量.,热点定位重点透析 通热点,热点一 实验过程的考查 【例1】 (2016广东实验中学期中)如图(甲)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.,先安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指的位置O. 接下来的实验步骤如下: 步骤1: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
3、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;,步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞,重复多次,并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置; 步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M,P,N离O点的距离,即线段OM,OP,ON的长度. (1)对于上述实验操作,下列说法正确的是 . A.应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下 B.斜槽轨道必须光滑 C.斜槽轨道末端必须水平 D.小球1质量应大于小球2的质量 (2)上述实验除需测量线段OM,OP,ON的长度外,还需要测量的物理量是 . . A.A,B两点间的高度差h1 B.
4、B点离地面的高度h2 C.小球1和小球2的质量m1,m2 D.小球1和小球2的半径r,(3)当所测物理量满足表达式 (用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律.如果还满足表达式 (用所测物理量的字母表示)时,即说明两球碰撞时无机械能损失. (4)完成上述实验后,某实验小组对上述装置进行了改造,如图(乙)所示.在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接.使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到两球落在斜面上的平均落点M,P,N.用刻度尺测量斜面顶点到M, P,N三点的距离分别为L1,L2,L3,则验证两球碰撞过程中动量守恒的
5、表达式为 (用所测物理量的字母表示).,核心点拨 本实验必须满足的要求: (1)用质量大的球碰撞质量小的球; (2)碰撞小球每次都从同一高度滚下; (3)斜槽末端必须水平.需要测量的物理量是质量和水平距离. 解析:(1)因为平抛运动的时间相等,根据v= ,所以用水平射程可以代替速度,则需测量小球平抛运动的射程,故应保证斜槽末端水平,小球每次都从同一点滑下;同时为了小球2能飞得更远,防止球1反弹,球1的质量应大于球2的质量,故选项A,C,D正确,B错误.,易错警示 实验过程出错的原因分析 (1)不能准确确定小球的起点与落点. (2)不理解实验原理导致对所需测量的物理量不清楚.,【教师备用】 (2
6、016山东潍坊模拟)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(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 (选填“会”或“不会”)产生误差. (3)实验装置如图(甲)所示,A球为入射小球,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是 . A.入射小球的质量mA,可以小于被碰小球的质量mB B.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
7、水平,小球放在斜槽末端处,应能静止,解析:(1)A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的OP,B球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的ON. (2)小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,对于每次滚下的小球的影响都是相同的,因此对小球的末速度无影响,故对实验结果不会产生误差. (3)实验中必须满足的条件是:碰撞小球的质量大于被碰小球的质量,小球每次都必须从同一高度滚下,不需要测量小球做平抛运动的时间或高度,故选项D正确. 答案:(1)OP ON (2)不会 (3)D,(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: 先调整斜槽轨道,使末端的切线水平,在一块平木板表
8、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. 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. 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 .,热点二 对实验原理和数据处理的考查 【例2】 (2016河北秦皇
9、岛质检)某同学设计了一个用打点计时器做“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使之做匀速运动,然后与原来静止的小车b相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的具体装置如图(甲)所示,在小车后连接着纸带,电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz,长木板垫着小木片以平衡摩擦力. (1)若已得到打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(标在图上).A为运动起点,则应该选择 段来计算A碰前的速度,应选择 段来计算a和b碰后的共同速度.(以上空格选填“AB”“BC”“CD”或“DE”). (2)已测得小车a的质量m1=0.40 kg,小车b的质量m2=0.20 kg,由以上测量
10、结果可得碰前m1v0= kg m/s;碰后(m1+m2)v共= kg m/s.由此得出结论 .,核心点拨 小车a碰前做匀速运动,碰后与b合为一体也做匀速运动,因此选用纸带上点迹均匀的部分研究. 解析:(1)分析纸带上的点迹可以看出,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车具有较大的速度,故BC段能准确地描述小车a碰前的运动情况,应当选择BC段计算小车a碰前的速度,而DE段内小车运动稳定,故应选择DE段计算碰后a和b的共同速度.,答案:见解析,规律总结 正确理解实验原理,准确把握数据处理 本实验的原理是利用完全非弹性碰撞来验证动量守恒定律,通过打点计时器所打的纸带来获得实验数据,为了获取碰撞前后的
11、速度,应选择碰撞前后两段匀速运动部分研究.,【教师备用】 (2016北京海淀区质检)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.,(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; 向气垫导轨通入压缩空气; 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与弹射架并固定在滑块1的左端
12、,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; 取下纸带,重复步骤,选出理想的纸带如图(乙)所示; 测得滑块1的质量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.,解析:(1)实验时应先接通打点计时器的电源,再放开滑块1. 答案:(1)接通打点计时器的电源 放开滑块1,(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前系统的总动量为 kg m/s;两滑块相互作用后系统的总动量为 kg m/s(保留三位有效数字). (
13、3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是 .,(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. 答案:(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦,热点三 实验原理的理解和误差分析 【例3】(2016安徽合肥模拟)某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同,悬挂于同一高度,A,B两摆球均很小,质量之比为12.当两摆球均处于自由静止状态时,其侧面刚好接触.向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45角,然后将其由静止释放.结果观察到两摆球粘在一起摆动,且最大摆角成30.若本实验允许的相对误差的绝对值最大为4%,此实验是否成功地验证了动量守恒
14、定律?,答案:见解析,误区警示 实验的原理和误差分析 实验原理:通过两小球的完全非弹性碰撞,来验证动量守恒定律;同时借助于单摆求出碰撞前后的速度.利用相对误差进行实验的数据处理和实验评价,因此要注意相对误差的计算公式:相对误差= 100%.,【教师备用】 (2016山东济宁模拟)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,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A、滑块B验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下: a.用天平分别测出滑块A,B的质量mA,mB; b.调整气垫导轨
15、,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的左端至挡板C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滑块分别碰撞挡板C,D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).,没有考虑弹簧推动滑块的加速过程; 滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力. 气垫导轨
16、不完全水平. 答案:见解析,热点四 实验的创新与改进,新题体验,1.(2016山东威海模拟)用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验: (1)先测出可视为质点的两滑块A,B的质量分别为m,M及滑块与桌面间的动摩擦因数. (2)用细线将滑块A,B连接,使A,B间的轻弹簧处于压缩状态,滑块B恰好紧靠桌边. (3)剪断细线,测出滑块B做平拋运动的水平位移x1,滑块A沿水平桌面滑行距离为x2(未滑出桌面). 为验证动量守恒定律,写出还需测量的物理量及表示它的字母 ;如果动量守恒,需要满足的关系式为 .,2.(2016南京质检)如图所示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
