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1、实验十 验证动量守恒定律,大一轮复习讲义,第十一章 动量 近代物理,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,随堂测试,随堂检测 检测课堂学习效果,过好双基关,一、实验目的 1.验证一维碰撞中的动量守恒. 2.探究一维弹性碰撞的特点. 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、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥
2、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、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等. 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、刻度尺、圆规、三角板等.,四、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，如图1所示.,图1,(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
3、撞实验 (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，如图2所示. (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，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.,图2,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，
4、如图3所示.,图3,(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.,(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)先用天平测出入射小球、被碰小球质量m1、m2.,(2)按如图4所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保两小球正碰后的速度方向水平.,图4,(3)在地上铺
5、一张白纸，在白纸上铺放复写纸. (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示被碰小球碰前的位置. (5)先不放被碰小球，让入射小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小球的所有落点圈在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P. (6)把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，从上一步骤求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N. (7)过O和N在纸上作一直线. (8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度.,研透命题点,命题点一 教材原型实验,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)
6、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. 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.,例1 “探究碰撞中的不变量”的实验中： (1)入射小球m115 g，原静止的被碰小球m210 g，由实验测得它们在碰撞前后的xt图象如图5甲所示，可知入射小球碰撞后的m1v1是_ kgm/s，入射小球碰撞前的m1v1是_ kgm/s，被碰小球碰撞后的m2v2是_ kgm/s.由此
7、得出结论_.,图5,0.007 5,0.015,0.007 5,碰撞过程中动量守恒,入射小球碰撞后：m1v10.0150.5 kgm/s0.007 5 kgm/s， 入射小球碰撞前：m1v10.0151 kgm/s0.015 kgm/s， 被碰小球碰撞后：m2v20.010.75 kgm/s0.007 5 kgm/s， 碰撞前系统总动量pm1v10.015 kgm/s， 碰撞后系统总动量pm1v1m2v20.015 kgm/s，pp，由此可知：碰撞过程中动量守恒.,(2)实验装置如图乙所示，本实验中，必须满足的条件是_. A.斜槽轨道必须是光滑的 B.斜槽轨道末端的切线是水平的 C.入射小球每
8、次都从斜槽上的同一高度由静止释放 D.入射小球与被碰小球满足m1m2，r1r2,BCD,解析 本实验是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度，只要求离开斜槽轨道后两小球做平抛运动，对斜槽轨道是否光滑没有要求，故A错误； 要保证每次小球都做平抛运动，则斜槽轨道末端的切线必须水平，故B正确； 要保证碰撞前入射小球的速度相同，所以入射小球每次都要从同一高度由静止释放，故C正确； 为了保证两小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求m1m2，r1r2，故D正确.,(3)图乙中M、P、N分别为入射小球与被碰小球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是_. A.m1ONm1OPm2OM B.m1OPm1
9、ONm2OM C.m1OPm1OMm2ON D.m1OMm1OPm2ON,C,解析 要验证动量守恒定律即：m1v1m1v1m2v2，小球做平抛运动，根据平抛运动规律可知两小球运动的时间相同，上式可转换为：m1v1tm1v1tm2v2t，故只需验证m1OPm1OMm2ON，因此A、B、D错误，C正确.,变式1 验证动量守恒定律实验设计如图6所示，回答下列问题. (1)实验装置中应保持斜槽末端_.,图6,切线水平,解析 要保证每次小球都做平抛运动，则轨道末端的切线必须水平；,(2)每次小球下滑要从_处由静止释放.,同一高度,解析 每次小球下滑要从同一高度处由静止释放，从而保证平抛运动的初速度相同；
10、,(3)入射小球的质量mA和被碰小球的质量mB的大小关系是_.,mAmB,解析 为防止碰撞过程入射小球反弹，入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即：mAmB；,(4)在图中，小球的水平射程的数值分别用OP、OM和ON 表示.小球半径均为r.因此只需验证_.,mAOPmAOMmB(ON2r),解析 小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，小球的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒，则：mAvAmAvAmBvB，两边同时乘以时间t得：mAvAtmAvAtmBvBt，则：mAOPmAOMmB(ON2r).,命题点二 实验的拓展与创新,例2 某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器
11、材进行“验证动量守恒定律”的实验.实验装置如图7所示，下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平 测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d 得到A、B两滑块的质量(包含遮光片)分别为m1、m2,图7,向气垫导轨通入压缩空气 利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2 观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t 试解答下列问题： (1)碰撞前A滑块的速度大小为_，碰撞前B滑块的速度大小为_.,(2)为了验证
12、碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是： _(用题中物理量表示).,(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能.请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E _.,变式2 为了验证动量守恒定律.图8甲所示的气垫导轨上放着两个滑块，滑块A的质量为500 g，滑块B的质量为200 g.每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器的频率均为50 Hz.调节设备使气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两个滑块以不同的速度相向运动，碰撞后粘在一起继续运动.图乙为纸带上选取的计数点，每两个计数点之间还有四个点没有画出.,图8,(1)
13、判断气垫导轨是否处于水平，下列措施可行的是_(填字母代号). A.将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止 B.让两个滑块相向运动，看是否在轨道的中点位置碰撞 C.给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动 D.测量气垫导轨的两个支架是否一样高,AC,解析 判断气垫导轨是否处于水平的措施是：将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止；或者给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动，故选项A、C正确，B、D错误.,(2)根据图乙提供的纸带，计算碰撞前两滑块的总动量大小为p1_ kgm/s；碰撞后两滑块的总动量大小为p2_ kgm/s.多次实验，若碰撞前后两滑块的总动量在实验误差允许的范
14、围内相等，则动量守恒定律得到验证.(结果保留两位有效数字),0.28,0.28,解析 根据纸带可求解A、B两滑块碰撞前的速度分别为：,碰撞后速度：,碰撞前总动量： p1mAvAmBvB 0.50.80 kgm/s0.20.60 kgm/s 0.28 kgm/s,碰后总动量： p2(mAmB)v共0.70.40 kgm/s0.28 kgm/s； 因p1p2，故动量守恒定律得到验证.,随堂测试,1.如图9所示，在验证动量守恒定律实验时，小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动.然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续匀速运动，在小车A后连着纸带，纸带穿过电磁打点计时器，电磁打点计
15、时器电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放薄木片用以平衡摩擦力.,1,2,图9,(1)若获得纸带如图10所示，并测得各计数点间距(已标在图上).A为运动起始的第一点，则应选_段来计算A的碰前速度，应选_段来计算A和B碰后的共同速度(填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”).,图10,BC,DE,解析 A与B碰后粘在一起继续运动，速度减小，相等时间内的间隔减小，可知通过BC段来计算A的碰前速度，通过DE段计算A和B碰后的共同速度.,1,2,(2)已测得小车A的质量为m10.30 kg，小车B的质量为m20.20 kg，由以上测量结果可得碰前系统总动量为_ kgm/s，碰后系统总动量为_ kgm/s.(结果保留四位有效数字),1.035,1.030,碰前总动量：p1m1v10.33.450 kgm/s1.035 kgm/s 碰后的总动量：p2(m1m2)v20.52.060 kgm/s1.030 kgm/s,1,2,(3)实验结论：_ _
