2022年高二物理下學(xué)期 第8周 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律習(xí)題課導(dǎo)學(xué)案

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1、2022年高二物理下學(xué)期 第8周 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律習(xí)題課導(dǎo)學(xué)案 課時(shí)計(jì)劃 第1節(jié)課 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律習(xí)題課 第2節(jié)課 第一節(jié) 光電效應(yīng)、第二節(jié)光子 第3節(jié)課 光電效應(yīng)、光子習(xí)題課 第4節(jié)課 光的波粒二象性 導(dǎo)學(xué)案、課件、教學(xué)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律習(xí)題課 例1　為了探究物體碰撞時(shí)動(dòng)量變化的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)最好在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行，這樣就可以大大減小阻力，使滑塊在碰撞后的運(yùn)動(dòng)可以看成是勻速運(yùn)動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)的可靠性及準(zhǔn)確度得以提高．在某次實(shí)驗(yàn)中，A、B兩鋁制滑塊在一水平長(zhǎng)氣墊導(dǎo)軌上相碰，用頻閃攝像的方法每隔0.4秒的時(shí)間拍攝一次照片，每次拍攝時(shí)閃光的延續(xù)時(shí)間很短，可以忽略

2、不計(jì)，如圖6所示，已知A、B之間的質(zhì)量關(guān)系是mB＝1.5mA，拍攝共進(jìn)行了4次，第一次是在兩滑塊相撞之前， 以后的三次是在碰撞之后，滑塊A原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)A、B滑塊在拍攝閃光照片的這段時(shí)間內(nèi)是在10 cm至105 cm這段范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)(以滑塊以上的箭頭位置為準(zhǔn))，試根據(jù)閃光照片求出： 圖6 (1)A、B兩滑塊碰撞前后的速度各為多少？ (2)根據(jù)閃光照片分析說(shuō)明兩滑塊碰撞前后兩個(gè)物體的總動(dòng)量是否不變． 解析　(1)分析題圖可知 碰撞后 從發(fā)生碰撞到第二次拍攝照片，A運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是t1＝＝ s＝0.2 s，由此可知：從第一次拍攝照片到發(fā)生碰撞的時(shí)間為t2＝(0.4－0.2)s＝0.

3、2 s，則碰撞前B物體的速度為vB＝＝ m/s＝1.0 m/s，由題意得vA＝0. (2)碰撞前：mAvA＋mBvB＝1.5mA，碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75mA＋0.75mA＝1.5mA，所以mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′，即碰撞前后兩個(gè)物體總動(dòng)量不變． 二、利用光滑水平面結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的測(cè)量 例2　某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過(guò)程中動(dòng)量的變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)：在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車(chē)A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)．然后與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖7所示．在小車(chē)A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50 H

4、z，長(zhǎng)木板下墊著小木片用以平衡摩擦力． 圖7 (1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖8所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起始的第一點(diǎn)．則應(yīng)選________段來(lái)計(jì)算小車(chē)A的碰前速度，應(yīng)選______段來(lái)計(jì)算小車(chē)A和小車(chē)B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)． 圖8 (2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mA＝0.40 kg，小車(chē)B的質(zhì)量mB＝0.20 kg，由以上的測(cè)量結(jié)果可得：碰前兩小車(chē)的總動(dòng)量為_(kāi)_____ kg·m/s，碰后兩小車(chē)的總動(dòng)量為_(kāi)_____ kg·m/s. 解析　(1)因小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)取紙帶上打點(diǎn)均勻的一段來(lái)計(jì)算速度，碰前BC段點(diǎn)距相等，碰后DE段點(diǎn)距

5、相等，故取BC段、DE段分別計(jì)算碰前小車(chē)A的速度和碰后小車(chē)A和小車(chē)B的共同速度．(2)碰前小車(chē)速度 vA＝＝ m/s＝1.05 m/s 其動(dòng)量 pA＝mAvA＝0.40×1.05 kg·m/s＝0.420 kg·m/s 碰后小車(chē)A和小車(chē)B的共同速度 vAB＝＝ m/s＝0.695 m/s 碰后總動(dòng)量 pAB＝(mA＋mB)vAB＝(0.40＋0.20)×0.695 kg·m/s＝0.417 kg·m/s 從上面計(jì)算可知：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)碰撞前后總動(dòng)量不變． 答案　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417 點(diǎn)撥　(1)實(shí)驗(yàn)前要把木板的一端墊起，以平衡摩擦力． (

6、2)此實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是求小車(chē)的速度，而小車(chē)碰撞前后的速度是利用紙帶上勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程打下的點(diǎn)求解，為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，應(yīng)多測(cè)幾個(gè)間距來(lái)求速度． [概念規(guī)律題組] 1．(雙選)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)，下列操作正確的是(　　) A．相互作用的兩車(chē)上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了改變兩車(chē)的質(zhì)量 B．相互作用的兩車(chē)上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘合在一起 C．先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車(chē) D．先釋放拖動(dòng)紙帶的小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 答案　BC 2．圖1中，設(shè)擋光條寬度為3 cm，兩滑塊碰撞后，左側(cè)滑塊通過(guò)左側(cè)光電計(jì)時(shí)裝置時(shí)記錄時(shí)

7、間為3×10－1 s，而右側(cè)滑塊通過(guò)右側(cè)光電計(jì)時(shí)裝置時(shí)記錄時(shí)間為2×10－1 s，則兩滑塊碰撞后的速度大小分別是________、________. 圖1 答案　0.1 m/s　0.15 m/s 3. 圖2 某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，如圖2所示，將這一系統(tǒng)置于光滑水平桌面上．燒斷細(xì)線，觀察木塊的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行必要的測(cè)量，驗(yàn)證兩木塊相互作用的過(guò)程中動(dòng)量是否守恒． (1)該同學(xué)還須具備的器材是______________； (2)需要直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是______________； (3)用所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒的關(guān)系式是________．

8、 答案　(1)刻度尺、天平　(2)兩木塊質(zhì)量m1、m2及其平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移s1、s2　(3)m1s1＝m2s2 解析　(1)設(shè)兩木塊質(zhì)量分別為m1、m2，離開(kāi)桌面至落地的過(guò)程是平拋運(yùn)動(dòng)，其水平位移為s1、s2，燒斷細(xì)線前后由m1、m2兩木塊組成的系統(tǒng)若動(dòng)量守恒，則有m1v1＝m2v2，又因平拋運(yùn)動(dòng)的豎直位移為h＝gt2，故t＝ ，即兩木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，所以m1＝m2，即m1s1＝m2s2. 4．“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，入射小球m1＝15 g，原來(lái)靜止的被碰小球m2＝10 g，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得它們?cè)谂鲎睬昂蟮膞－t圖象如圖3所示，由圖可知，入射小球碰撞前的動(dòng)量是________，入射小

9、球碰撞后的動(dòng)量是________，被碰小球碰撞后的動(dòng)量是________．由此得出結(jié)論________． 圖3 答案　0.015 kg·m/s　0.007 5 kg·m/s　0.007 5 kg·m/s　碰撞中mv的矢量和是守恒的量 [方法技巧題組] 5．有甲、乙兩輛小車(chē)，質(zhì)量分別為m1＝302 g、m2＝202 g，甲小車(chē)拖有紙帶，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄它的運(yùn)動(dòng)情況，乙小車(chē)靜止在水平桌面上，甲小車(chē)以一定的速度向乙小車(chē)運(yùn)動(dòng)，跟乙小車(chē)發(fā)生碰撞后與乙小車(chē)粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)．這個(gè)過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄的點(diǎn)跡如圖4所示，在圖上還標(biāo)出了用刻度尺量出的各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為

10、50 Hz. 圖4 (1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出：兩車(chē)碰撞過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間大約為_(kāi)_______ s；(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)碰前甲車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積大小為_(kāi)_____ kg·m/s，碰后兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積之和為_(kāi)_______ kg·m/s；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)從上述實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？ 答案　(1)0.10　(2)0.202　0.203 (3)在誤差允許范圍內(nèi)，兩車(chē)的質(zhì)量與速度的乘積之和保持不變，即m1v1＝(m1＋m2)v′ 6．某同學(xué)用如圖5甲所示裝置通過(guò)半徑相同的A、B兩球的碰撞來(lái)尋找不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜

11、槽上某一固定位置G由靜止開(kāi)始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開(kāi)始滾下，和B球碰撞后，A、B兩球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次．圖中O是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)．P為未放被碰小球B時(shí)A球的平均落點(diǎn)，M為與B球碰后A球的平均落點(diǎn)，N為被碰球B的平均落點(diǎn)．若B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊． 圖5 (1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_(kāi)_____ cm. (2)在以下選項(xiàng)中，本次實(shí)驗(yàn)不需要測(cè)量的有_______

12、_． A．水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 B．A球與B球碰撞后，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C．測(cè)量A球或B球的直徑 D．測(cè)量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比) E．測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度 答案　(1)65.0(64.9和65.1也對(duì))　(2)CE [創(chuàng)新應(yīng)用題組] 7．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的動(dòng)量變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖6甲所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成．在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，壓縮空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，如圖乙所示，

13、這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差． 圖6 (1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟： ①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平； ②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣； ③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向； ④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； ⑤把滑塊2(所用滑塊1、2如圖丙所示)放在氣墊導(dǎo)軌的中間； ⑥先________，然后________，讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)； ⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶如圖丁所示； ⑧測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g；試著完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容． (2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知，兩滑塊相互作用前總動(dòng)量為_(kāi)_______ kg·m/s；兩滑塊相互作用以后總動(dòng)量為_(kāi)_____ kg·m/s(保留三位有效數(shù)字)． (3)試說(shuō)明(2)問(wèn)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是________________________________________． 答案　(1)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源　放開(kāi)滑塊1　(2)0.620　0.618　(3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔有摩擦