高考物理總復習 第十五章 第二講 實驗：驗證動量守恒定律課件 新人教版選修35

(對應學生用書P240)一、實驗目的1驗證一維碰撞中的動量守恒2探究一維彈性碰撞的特點二、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質量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三、實驗器材方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標紙、膠布等方案三：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、大小相等質量不同的小鋼球兩個、重垂線一條、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板四、實驗步驟方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗1.測質量：用天平測出滑塊質量2.安裝：正確安裝好氣墊導軌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方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗1.測質量：用天平測出兩小球的質量m1、m2.2.安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來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小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度5.改變條件：改變碰撞條件，重復實驗6.驗證：一維碰撞中的動量守恒(對應學生用書P241)要點一注意事項1.前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”2方案提醒：(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直將小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直平面內(3)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞應注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質量較大的小球作為入射小球；實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變3探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變 要點二誤差分析1.系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否為一維碰撞；(2)實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗是否平衡掉摩擦力2偶然誤差：主要來源于質量m和速度v的測量某同學用如右圖所示裝置來驗證動量守恒定律，讓質量為m1的小球從斜糟某處由靜止開始滾下，與靜止在斜槽末端質量為m2的小球發(fā)生碰撞(1)實驗中必須要求的條件是_A斜槽必須是光滑的B斜槽末端的切線必須水平Cm1與m2的球心在碰撞瞬間必須在同一高度Dm1每次必須從同一高度處滾下(2)實驗中必須測量的物理量是_A小球的質量m1和m2 B小球起始高度hC小球半徑R1和R2 D小球起飛的時間tE桌面離地面的高度H F小球飛出的水平距離s解析本題考查驗證動量守恒定律實驗的基本原理和實驗方法(1)實驗中為保證小球做平拋運動，斜槽末端必須水平，要使兩球碰后均平拋，兩球心必須在同一高度，要保證小球m1碰前速度不變，m1每次必須從同一高度滾下，斜槽沒必要保證光滑，故B、C、D正確(2)必須測量兩球質量m1、m2和小球平拋的水平距離，故選A、F.答案(1)BCD(2)AF(對應學生用書P241)題型一實驗原理的理解和誤差分析例1(2011遼寧模擬)某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“驗證動量守恒定律”的實驗，氣墊導軌裝置如下圖(a)所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔，向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差(1)下面是實驗的主要步驟：安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平；向氣墊導軌空腔內通入壓縮空氣；把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，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；使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導軌的中間；先_，然后_，讓滑塊帶動紙帶一起運動；取下紙帶重復步驟，選出理想的紙帶如上圖(b)所示；測得滑塊1的質量310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質量為205 g.完善實驗步驟的內容(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)的總動量為_kgm/s.(保留三位有效數字)(3)試說明(2)中兩結果不完全相等的主要原因是_答案(1)接通打點計時器的電源放開滑塊1 (2)0.6200.618 (3)紙帶與打點計時器限位孔間有摩擦題型二實驗數據的處理例2某同學利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質量之比為1 2.當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時，其側面剛好接觸向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角成30.若本實驗允許的最大誤差為4%，此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？答案見解析(對應學生用書P242)1某同學用下圖甲所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球(mAmB)的碰撞來驗證動量守恒定律圖中PQ是斜槽，QR為水平槽實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復上述操作10次，得到10個落點痕跡再把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這種操作10次圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊(1)碰撞后B球的水平射程應取為_cm；(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？答：_.(填選項字母)A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離C測量A球或B球的直徑D測量A球和B球的質量(或兩球質量之比)E測量O點相對于水平槽面的高度(3)實驗中，對入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是()A釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小B釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準確C釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小D釋放點越高，入射小球對被碰小球的作用力越大，軌道對被碰小球的阻力越小解析(1)用一盡可能小的圓把小球落點圈在里面，由此可見圓心的位置是64.7 cm，這就是小球落點的平均位置(2)本實驗中要測量的數據有：兩個小球的質量m1、m2，三個落點的距離x1、x2、x3，所以應選A、B、D.(3)入射小球的釋放點越高入射小球碰前速度越大，相碰時內力越大，阻力的影響相對減小，可以較好地滿足動量守恒的條件也有利于減少測量水平位移時的相對誤差，從而使實驗的誤差減小，選項C正確答案(1)64.7(64.564.9均可)(2)A、B、D(3)C2某同學把兩塊大小不同的木塊用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕質彈簧，如右圖所示，將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細線，觀察木塊的運動情況，進行必要的測量，驗證物體間相互作用時動量守恒(1)該同學還必須有的器材是_(2)需要直接測量的數據是_.(3)用所得數據驗證動量守恒的關系式是_解析這個實驗的思路與課本上采用的實驗的原理完全相同，也是通過測平拋運動的位移來代替它們作用完畢時的速度答案(1)刻度尺、天平(2)兩木塊的質量m1、m2和兩木塊落地點分別到桌子兩側邊緣的水平距離x1、x2(3)m1x1m2x23如右圖所示是用來驗證動量守恒的實驗裝置彈性球1用細線懸掛于O點，O點正下方桌子的邊沿有一豎直立柱實驗時，調節(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，同時把球2放在立柱上釋放球1.當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞碰后球1向左最遠可擺到B點，球2落到水平地面上的C點測出有關數據即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒現已測出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.此外：(1)還需要測量的量是_、_和_(2)根據測量的數據該實驗中動量守恒的表達式為_(忽略小球的大小)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的質量m1，就能求出彈性球1的動量變化；根據平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h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的質量和立柱高h、桌面高H就能求出彈性球2的動量變化4氣墊導軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導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的氣墊導軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律，實驗裝置如上圖所示(彈簧的長度忽略不計)，采用的實驗步驟如下：a用天平分別測出滑塊A、B的質量mA、mB；b調整氣墊導軌，使導軌處于水平；c在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上；d用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1；e按下電鈕放開卡銷，同時分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作，當A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時計時結束，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2.(1)實驗中還應測量的物理量及其符號是_(2)利用上述測量的實驗數據驗證動量守恒定律的表達式是_，上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等，產生誤差的原因有_(至少答出兩點)5(2011北京理綜)如圖，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系(1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可以通過僅測量_(填選項前的符號)，間接地解決這個問題A小球開始釋放高度hB小球拋出點距地面的高度HC小球做平拋運動的射程(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復接下來要完成的必要步驟是_(填選項前的符號)A用天平測量兩個小球的質量m1、m2B測量小球m1開始釋放高度hC測量拋出點距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE測量平拋射程OM，ON(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為_(用(2)中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞那么還應滿足的表達式為_(用(2)中測量的量表示)(4)經測定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地點的平均位置距O點的距離如圖所示碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1，則p1 p1_ 11；若碰撞結束時m2的動量為p2，則p1 p211 _.答案(1)C(2)ADE或DEA或DAE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2(4)142.911.01(5)76.8