《2019版高考物理一轮复习 实验十二 验证动量守恒定律课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019版高考物理一轮复习 实验十二 验证动量守恒定律课件.ppt(26页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十二:验证动量守恒定律1.实验原理:在一维碰撞中,分别测出物体的质量 m1,m2和碰撞前后物体的速度 v1、v2,v1、v2,算出碰撞前的动量p_及碰撞后的动量 p_,即可验证碰撞前后动量是否守恒.m1v1m2v2m1v1m2v22.实验方案实验需测量物体的质量和速度,质量可用天平直接测量,测速度的方案有:(1)利用平抛运动测速度.利用平抛运动下落高度相同时,水平速度与水平距离成正比.此方案所用器材有:斜槽,大小相等、质量不同的小钢球两个,重锤线一条,白纸,复写纸,天平,刻度尺,圆规,三角板.(2)利用光电门测速度,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.此方案所用器材有
2、: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.3.利用平抛运动测速度的实验原理图 S12-1(1)质量分别为 m1 和 m2 的两小球 A、B 发生正碰,若碰前m1 运动,m2 静止,根据动量守恒定律应有m1v1m1v1m2v2.m1OMm2ON(2)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:m1OP_.(如图 S12-1所示)4.利用平抛运动测速度的实验步骤(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
3、处于同一水平高度,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碰前的球心竖直投影的位置.(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所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球不碰撞时落地点的平均位置 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)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.(7)过 O、N 在纸上作一直线,取 OO2r,O就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影的位置.(8)用刻度
4、尺量出线段 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 m1OPm1OMm2ON,看是否成立.(9)整理实验器材放回原处.5.利用平抛运动测速度实验的注意事项(1)斜槽末端必须_.水平同一高度(2)入射小球每次都必须从斜槽上的_滚下.(3)白纸铺好后不能移动.(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量,即 m1m2,且r1r2r.考点基本实验操作与实验数据的考查【典题 1】如图 S12-2 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 S12-2(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_(填选
5、项前的字母),间接地解决这个问题.A.小球开始释放的高度 hB.小球抛出点距地面的高度 HC.小球做平抛运动的射程(2)图 S12-2 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 位置由静止释放,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_(填选项前的字母).A.用天平测量两个小球的质量 m1、m2B.测量小球 m1 开始释放的高度 hC.测量抛出点距地面的高度 HD.分别找到 m1、m2 相碰后平均
6、落地点的位置 M、NE.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:_用(2)中测量的量表示.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 S12-3 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、后总动量的比值 p1p1p2为_.图 S12-3(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
7、)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)测量平均落地点的位置,找到平抛的水平位移,因此步骤中 D、E 是必需的,而且 D 先 E 后,至于用天平测质量则先后均可.所以若两球相碰前后的动量守恒,则 m1OM m2ON m1OP 成立,若碰撞是弹性碰撞,机械能守恒,则 m1OM2m2ON2m1OP2 成立.答案:(1)C(2)ADE(或 DEA)(3)m1OMm2ONm1OP m1OM2m2ON2m1OP2(4)14 2.91.01
8、(5)76.80考向 1用光电门测速度【典题 2】(2014 年新课标卷)现利用如图 S12-4 甲所示的装置验证动量守恒定律.在图甲中,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.甲乙图 S12-4实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg,滑块 B 的质量 m20.108 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
9、,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乙所示.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.tA 0.02 s解:按定义,滑块运动的瞬时速度大小 v 为vst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1ftA 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 v02.00 m/sv10.970 m/s设滑块 B 在碰撞后的速度大小为 v2,由式有v2dtB代入题给实验数据得 v22.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的动量分别为 p 和
10、p,则pm1v0pm1v1m2v2两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为联立式并代入有关数据,得p 1.7%5%因此,本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.考向 2用打点计时器测速度【典题 3】某同学设计了一个“用电磁打点计时器验证动量守恒定律”的实验:在小车 A 的前端装有橡皮泥,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 相碰并黏合成一体,继续做匀速运动.他设计的装置如图 S12-5 甲所示.在小车 A 后连着纸带,电磁打点计时器所用的电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片以平衡摩擦力.甲乙图 S12-5(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点的间距(已
11、标在图上).A 为运动的起点,则应选_段来计算 A 碰前的速度,应选_段来计算 A 和 B 碰后的共同速度.(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车 A 的质量 m10.4 kg,小车 B 的质量 m20.2 kg,则碰前两小车的总动量为_ kgm/s,碰后两小车的总动量为_ kgm/s.解析:(1)从分析纸带上打点的情况看,BC 段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此 BC 段能较准确地描述小车 A 在碰撞前的运动情况,应选用 BC 段计算小车 A 的碰前速度.从 CD 段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在 DE 段小车运动稳定,故应选用 DE 段计算碰后
12、 A 和 B 的共同速度.(2)小车 A 在碰撞前的速度小车 A 在碰撞前的动量p0m1v00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s碰撞后 A、B 的共同速度碰撞后 A、B 的总动量p(m1m2)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s.答案:(1)BCDE (2)0.420 0.417考向 3用频闪照相探究动量守恒定律【典题 4】(2017 年江西九校高三大联考)利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验,步骤如下:用天平测出滑块 A 、B 的质量分别为 200 g 和 300 g ;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 A、B 两滑块放到导轨上,并给他们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为t0.2 s, 照片如图 S12-6 所示:图 S12-6结合实验过程和图象分析知:该图象是闪光 4 次摄得的照片,在这 4 次闪光的瞬间,A、B 两滑块均在 080 cm 刻度范围内; 第一次闪光时,滑块 A 恰好通过 x55 cm 处,滑块 B恰好通过 x70 cm 处; 碰撞后有一个物体处于静止状态.设向右为正方向,试分析:滑块碰撞时间发生在第一次闪光后_s,碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是_kg m/s,碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是_kg m/s.答案:0.10.20.2