《高考物理一轮复习课件：3-5.2《实验：验证动量守恒定律》ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习课件：3-5.2《实验：验证动量守恒定律》ppt（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一、实验目的一、实验目的 1.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。 2.探究一维弹性碰撞的特点。探究一维弹性碰撞的特点。 二、实验原理二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度和碰撞前后物体的速度v、v，找出，找出碰撞前的动量碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量及碰撞后的动量p=m1v1+m2v2，看碰撞前后动量，看碰撞前后动量是否守恒。是否守恒。 三、实验器材三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个两个)、重物、弹簧片、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡
2、皮泥。细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。 方案二：带细线的摆球方案二：带细线的摆球(两套两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。等。 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个两个)、天平、撞针、天平、撞针、橡皮泥。橡皮泥。 四、实验步骤四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验方案一：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。测质量：用天平测出滑块质量。 2.安装：正确安装好气垫导轨。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实验：
3、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种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量。改变滑块的质量。改变滑块的初改变滑块的初速度大小和方向速度大小和方向)。 4.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出两小球的质量测质量：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。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。实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。 4
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。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。改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 6.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验方案三：在光滑桌面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。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，把纸带穿过打点安装：将打点计时器固定在
5、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。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，让小车实验：接通电源，让小车A运动，小车运动，小车B静止，两车碰撞时撞针静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。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测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=xt算出速算出速度。度。 5.改变条件：改变碰撞条件、重复实验。改变条件：改变碰撞条件、重复实验。 6.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。 五、注意事项五
6、、注意事项 1.前提条件：碰撞的两物体应保证前提条件：碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”。 2.方案提醒：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。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。触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内。 (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。探究结论：寻找的不变量必须在各
7、种碰撞情况下都不改变。 六、误差分析六、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：系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞。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，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，长木板实验是否平衡掉摩擦力。长木板实验是否平衡掉摩擦力。 2.偶然误差：主要来源于质量偶然误差：主要来源于质量m和速度和速度v的测量。的测量。 3.改进措施：改进措施：(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守
8、恒的条件。条件。 (2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。【例例1】某同学设计了一个用打点计时器做某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验：在的实验：在 小车小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静使之做匀速运动，然后与原来静 止的小车止的小车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 如图如图3.5-2-1所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源 频
9、率为频率为50 Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力。，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若已得到打点纸带如图3.5-2-2所示，并测得各计数点间距所示，并测得各计数点间距(标在图上标在图上)。 A为运动起点，则应该选择为运动起点，则应该选择_段来计算段来计算A碰前的速度，应选择碰前的速度，应选择_ 段来计算段来计算A和和B碰后的共同速度。碰后的共同速度。(以上空格选填以上空格选填“AB”“BC”“CD”“DE”)。 (2)已测得小车已测得小车A的质量的质量m1=0.40 kg，小车，小车B的质量的质量m2=0.20 kg，由以上测，由以上测 量结果可得碰前量结果可得碰前
10、m1v0=_kgm/s；碰后；碰后(m1+m2)v共共=_kgm/s。 由此得出结论由此得出结论_。图图3.5-2-1图图3.5-2-2热点一热点一 实验原理的考查实验原理的考查BCDE0.4200.417在误差许可的范围内，碰撞中在误差许可的范围内，碰撞中mv的矢量和是守恒的的矢量和是守恒的 【解析解析】(1)分析纸带上的点迹可以看出，分析纸带上的点迹可以看出，BC段既表示小车做匀速运段既表示小车做匀速运动，又表示小车具有较大的速度，故动，又表示小车具有较大的速度，故BC段能准确地描述小车段能准确地描述小车A碰前的运碰前的运动情况，应当选择动情况，应当选择BC段计算小车段计算小车A碰前的速度
11、，而碰前的速度，而DE内小车运动稳定，内小车运动稳定，故应选择故应选择DE段计算碰后段计算碰后A和和B的共同速度。的共同速度。 (2)小车小车A碰撞前的速度碰撞前的速度 m/s=1.050 m/s 小车小车A在碰撞前：在碰撞前： mAv0=0.401.050 kgm/s=0.420 kgm/s 碰后碰后A和和B的共同速度的共同速度 m/s=0.695 m/s 碰撞后碰撞后A和和B： (m1+m2)v共共=(0.20+0.40)0.695 kgm/s=0.417 kgm/s 结论：在误差许可的范围内，碰撞中结论：在误差许可的范围内，碰撞中mv的矢量和是守恒的。的矢量和是守恒的。【例例2】气垫导轨
12、是常用的一种实验仪器，它是利用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悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有 摩擦。我们可以用带竖直挡板摩擦。我们可以用带竖直挡板C和和D的气垫导轨的气垫导轨 以及滑块以及滑块A和和B来探究碰撞中的不变量，实验装来探究碰撞中的不变量，实验装 置如图置如图3.5-2-3所示所示(弹簧的长度忽略不计弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：，采用的实验步骤如下： a.用天平分别测出滑块用天平分别测出滑块A、B的质量的质量mA、mB。 b
13、.调整气垫导轨，使导轨处于水平。调整气垫导轨，使导轨处于水平。 c.在在A和和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导 轨上。轨上。 d.用刻度尺测出用刻度尺测出A的左端至的左端至C板的距离板的距离L1。 e.按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。运动时间的计时器开始工作。 当当A、B滑块分别碰撞滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下挡板时停止计时，记下A、B分别到达分别到达C、D的运动的运动 时间时间t1和和t2。 (1)实验中还应测量的物理量是
14、实验中还应测量的物理量是_。 (2)利用上述测量的实验数据，得出关系式利用上述测量的实验数据，得出关系式_成立，即可得出碰撞中成立，即可得出碰撞中 守恒的量是守恒的量是mv的矢量和，上式中算得的的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相两滑块的动量大小并不完全相 等，产生误差的原因是等，产生误差的原因是_ _。 (3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表 达式。达式。热点二热点二 实验数据的处理实验数据的处理图图3.5-2-3测量的物理量为测量的物理量为B的右端至的右端至D板的距离板的距
15、离L2不水平等造成误差不水平等造成误差有测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨有测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨 【解析解析】(1)要测量要测量B的速度必须要先测出的速度必须要先测出B的位移和该的位移和该位移所用时间，故还应测量的物理量为位移所用时间，故还应测量的物理量为B的右端至的右端至D板的距板的距离离L2。 (2)因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要得出守恒的量是得出守恒的量是mv的矢量和，需得到关系式的矢量和，需得到关系式 。给验证带来误差的原因有测量时间、距离等存在误差，。给验证带来误差的原因有测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨不水平等造成误差。由于阻力、气垫导轨不水平等造成误差。 (3)根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，A、B两物体运动的动能来源两物体运动的动能来源于静止时候压缩弹簧的弹性势能，故根据动能的总和可求于静止时候压缩弹簧的弹性势能，故根据动能的总和可求弹簧的弹性势能，即弹簧的弹性势能，即 。同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
