物理總第六章 碰撞與動量守恒 6-4 實驗七 驗證動量守恒定律

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1、實驗七驗證動量守恒定律實驗七驗證動量守恒定律0101020203030404備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理 實驗熱點突破熱點一教材原型實驗實驗熱點突破熱點一教材原型實驗 實驗熱點突破熱點二實驗拓展創(chuàng)新實驗熱點突破熱點二實驗拓展創(chuàng)新 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理1實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v，找出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前后動量是否守恒2實驗器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠

2、布等方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥方案四：斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙等 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理3實驗步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(如圖所示)(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量改變滑塊的初速度大小和方向)(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(如圖所示)(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2.(2)安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來

3、(3)實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰(4)測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(如圖所示)(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量(2)安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥(3)實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動(4)測速度：通

4、過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由vx/t算出速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒 實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理方案四：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律(如圖所示)1測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。2安裝：按照圖4所示安裝實驗裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置O。4放球找點：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心P就是小球落點的平均位置。實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理5碰撞找點：把被撞小球

5、放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N。如圖所示。6驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1OPm1OMm2ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。實驗基礎(chǔ)梳理實驗基礎(chǔ)梳理誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求。碰撞是否為一維碰撞。實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平等。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。注意事項(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。(2)若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，

6、注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(3)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi)。(4)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一個小木片以平衡摩擦力。 (5)若利用斜槽進行實驗，入射球質(zhì)量m1要大于被碰球質(zhì)量m2，即m1m2，防止碰后m1被反彈，且兩球半徑r1r2r。 【例1】某同學(xué)用如圖6甲所示裝置來驗證動量守恒定律，實驗時先讓小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下痕跡，重復(fù)10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位

7、置處，重復(fù)10次?；卮鹣铝袉栴}：(1)在安裝實驗器材時斜槽的末端應(yīng)_。(2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關(guān)系應(yīng)滿足ma_mb，兩球的半徑應(yīng)滿足ra_rb。(填“”“A CB實驗熱點突破實驗熱點突破轉(zhuǎn)回原題解析(1)小球離開軌道后應(yīng)做平拋運動，所以在安裝實驗器材時斜槽的末端必須保持水平，才能使小球做平拋運動。(2)為防止在碰撞過程中入射小球被反彈，入射小球a的質(zhì)量ma應(yīng)該大于被碰小球b的質(zhì)量mb。為保證兩個小球的碰撞是對心碰撞，兩個小球的半徑應(yīng)相等。(3)由題圖甲所示裝置可知，小球a和小球b相碰后，根據(jù)動量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度。由此可判斷碰后小球a、b的落點位置分別為

8、A、C點。(4)小球下落高度一樣，所以在空中的運動時間t相等，若碰撞過程滿足動量守恒，則應(yīng)有mav0mavambvb，兩邊同乘以時間t可得mav0tmavatmbvbt，即有maOBmaOAmbOC，故選項B正確。答案(1)保持水平(2)(3)AC(4)B實驗熱點突破實驗熱點突破【變式訓(xùn)練1】某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器“探究碰撞中的不變量”的實驗，在小車A的前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運動，如圖7所示。在小車A的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻率為50 Hz。(1)若已得到打點紙帶如圖8所示，并測得各計數(shù)點間的距離。則應(yīng)選圖中_段

9、來計算A碰前的速度，應(yīng)選_段來計算A和B碰后的速度。(2)已測得小車A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車B的質(zhì)量mB0.20 kg，則由以上結(jié)果可得碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB_kgm/s。(3)從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看，A、B碰撞的過程中，可能哪個物理量是不變的？_。BC轉(zhuǎn)到解析DE0.4200.417mv實驗熱點突破實驗熱點突破轉(zhuǎn)回原題實驗熱點突破實驗熱點突破熱點二實驗拓展創(chuàng)新【例2】如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點，O點下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實驗時，調(diào)節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點，并使之靜止，

10、同時把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點，球2落到水平地面上的C點。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒。現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b，C點與桌子邊沿間的水平距離為c。此處，(1)還需要測量的量是_、_和_。(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為_。(忽略小球的大小)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2立柱高h(yuǎn)桌面高H 轉(zhuǎn)到解析實驗熱點突破實驗熱點突破解析(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測量彈性球1的

11、質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動量變化；根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2的動量變化。轉(zhuǎn)回原題實驗熱點突破實驗熱點突破【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)利用電火花計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖10(a)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，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，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。(1)下面是實驗的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)

12、氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；把電火花計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；轉(zhuǎn)到下頁使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；先_ ，然后_，讓滑塊帶動紙帶一起運動；取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如圖(b)所示；測得滑塊1的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g。完善實驗步驟的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為_kgm/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的

13、總動量為_kgm/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)( 3 ) 試 說 明 ( 2 ) 中 兩 結(jié) 果 不 完 全 相 等 的 主 要 原 因 是_。實驗熱點突破實驗熱點突破接通打點計時器的電源 釋放滑塊1轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)到上頁0.6200.618紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用實驗熱點突破實驗熱點突破轉(zhuǎn)回原題1氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦，我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖10所示，采用的實驗步驟如下： a松開手的同時，記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始

14、工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰到C、D擋板時計時器結(jié)束計時，分別記下A、B到達C、D的運動時間t1和t2。 b在A、B間水平放入一個輕彈簧，用手壓住A、B使彈簧壓縮，放置在氣墊導(dǎo)軌上，并讓它靜止在某個位置。 c給導(dǎo)軌送氣，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。 d用刻度尺測出A的左端至C板的距離l1，B的右端至D板的距離l2。 (1)實驗步驟的正確順序是_。 (2)實驗中還需要的測量儀器是_，還需要測量的物理量是_。 (3)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達式是_。備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練解析顯隱cbda天平兩滑塊的質(zhì)量m1、m22用如圖11甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球碰撞來驗證動量守恒定律，實驗

15、時先使質(zhì)量為mA的A球從斜槽上某一固定點G由靜止開始滾下，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個落點痕跡，把質(zhì)量為mB的B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)這種操作10次，得到了如圖乙所示的三個落地處。(1)請在圖乙中讀出OP_ cm。(2)由乙圖可以判斷出R是_球的落地點，Q是_球的落地點。( 3 ) 為 了 驗 證 碰 撞 前 后 動 量 守 恒 ， 該 同 學(xué) 只 需 驗 證 表 達 式_。備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練解析顯隱17.5B AmAOQmAOPmBOR 備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練3如圖12甲所示，是氣墊導(dǎo)軌上的兩個滑塊的照片，中間是滑塊A，質(zhì)量mA0.20 kg，右邊是滑塊B，質(zhì)量mB0.30 kg。乙圖是滑塊B向左運動中與滑塊A碰后合為一體的照片，頻閃照片的頻率f10 Hz。(1)根據(jù)照片提供的信息，碰前的動量為_kgm/s，碰后的動量為_kgm/s。(2)實驗結(jié)論：_。0.0480.050在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后動量相等。 轉(zhuǎn)到解析備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)回原題