高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題六 第2講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律課件

第 2 講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律考點(diǎn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1實(shí)驗(yàn)原理：在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量 m 和碰撞前后物體的速度 v、v，算出碰撞前的動(dòng)量 pm1v1m2v2 及碰撞后的動(dòng)量 pm1v1m2v2，即可驗(yàn)證碰撞前后動(dòng)量是否守恒2實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)需測(cè)量物體質(zhì)量和速度，質(zhì)量可用天平直接測(cè)量，測(cè)速度的方案有：(1)利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度利用平拋運(yùn)動(dòng)下落高度相同時(shí)，水平速度與水平距離成正比此方案所用器材是斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)、重垂線一條、白紙、復(fù)寫(xiě)紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板(2)利用光電門(mén)測(cè)速度，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度此方案所用器材是氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥3利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)原理圖 621(1)質(zhì)量分別為 m1 和 m2 的兩小球發(fā)生正碰，若碰前 m1 運(yùn)動(dòng)，m2 靜止，根據(jù)動(dòng)量守恒定律應(yīng)有：m1v1m1v1m2v2.(2)各小球在同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，則動(dòng)量守恒時(shí)有：m1 OP m1 OM m2 ON .(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)圖 621)4利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)步驟(1)先用天平測(cè)出小鋼球質(zhì)量 m1、m2.(2)按要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)切線水平，把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置使兩小球碰撞時(shí)處于同一水平高度，確保碰撞后的速度方向水平(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫(xiě)紙(4)在白紙上記下重垂線所指的位置 O，它表示入射小球 m1碰前的球心位置(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復(fù) 10 次，用圓規(guī)畫(huà)盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球不碰時(shí)的落地點(diǎn)平均位置 P.(6)把被碰小球放在小支柱上，讓入射小球從同一高度滾下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù) 10 次，仿步驟(5)求出入射小球落點(diǎn)的平均位置 M 和被碰小球落點(diǎn)的平均位置 N.(7)過(guò) O、N 在紙上作一直線，取 OO2r，O就是被碰小球碰撞時(shí)的球心豎直投影的位置(8)用刻度尺量出線段 OM、OP、ON 的長(zhǎng)度，把兩小球的 質(zhì) 量 和 相 應(yīng) 的 水 平 位 移 數(shù) 值 代 入 m1 OP m1 OM m2 ON ，看是否成立(9)整理實(shí)驗(yàn)器材放回原處5利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)斜槽末端必須水平(2)入射小球每次都必須從斜槽上同一高度滾下(3)白紙鋪好后不能移動(dòng)(4)入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量，即 m1m2，且r1r2r.1如圖 622 所示為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.圖 622(1)若入射小球質(zhì)量為 m1，半徑為 r1；被碰小球質(zhì)量為 m2，半徑為 r2，則()CAm1m2，r1r2Cm1m2，r1r2Bm1m2，r1r2Dm1m2，r1r2(2) 為完成此實(shí)驗(yàn)，以下所提供的測(cè)量工具中必需的是_.(填下列對(duì)應(yīng)的字母)A直尺C天平B游標(biāo)卡尺D秒表(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為 m1，被碰小球的質(zhì)量為 m2，P 為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式(用 m1、m2 及圖中字母表示)m1 OP m1 OM m2 ON 成立，即表示碰撞中動(dòng)量守恒AC2某同學(xué)用圖 623 甲中所示裝置通過(guò)半徑相同的 A、B 兩球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中 PQ 是斜槽，QR 為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)先使 A 球從斜槽上某一固定位置 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 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，實(shí)驗(yàn)圖中 O 點(diǎn)是水平槽末端 R 在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)B 球落點(diǎn)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(diǎn)與 O 點(diǎn)對(duì)齊甲乙 圖 623(1)碰撞后 B 球的水平射程應(yīng)取為_(kāi) .(2)在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量？答：_(填選項(xiàng)號(hào))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)的距離測(cè)量 A 球或 B 球的直徑測(cè)量 A 球和 B 球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)測(cè)量 G 點(diǎn)相對(duì)水平槽面的高度答案：64.6A、B、D解析：(1)將 10 個(gè)點(diǎn)圈在內(nèi)的最小圓的圓心作為落點(diǎn)平均位置，可由刻度尺測(cè)得碰撞后 B 球的水平射程為 64.7 ，因最后一位數(shù)字為估計(jì)值，所以允許誤差0.1 ，因此 64.6 和 64.8 也是正確的(2)從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)的物體飛行時(shí)間 t 相同，所以需要測(cè)出的量有：sA為不碰時(shí) A 球的水平射程，sA為碰后 A 球的水平射程，sB為 B 球碰后的水平射程，mA、mB 的大小或 mA/mB的值選項(xiàng)是必要的熱點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理考查【例 1】(2009 年四川卷)氣墊導(dǎo)軌(如圖 624 甲)工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為 a 的滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率均為 b.氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的、點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的 6 個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度 s1、s2 和 s3.若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為_(kāi)、_，兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)；碰撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為_(kāi)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多做幾次若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證圖 624實(shí)驗(yàn)主要考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證動(dòng)量守恒定律，則主要是測(cè)量質(zhì)量和速度，而速度測(cè)量設(shè)計(jì)方法很多，要能根據(jù)題給條件弄清題中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理1(2010 年珠海二模)如圖 625 所示，某同學(xué)利用半徑相同、質(zhì)量較小的 A 球和質(zhì)量較大的 B 球來(lái)探究動(dòng)量守恒定律，圖中 QR 為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)，他讓 A 球從斜槽上某一固定位置 G由靜止?jié)L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；再把 B 球放在水平槽末端，讓 A 球仍從位置 G由靜止?jié)L下，和 B 球碰撞后，A、B 球分別在記錄紙上留下各自落點(diǎn)的痕跡，重復(fù)操作 10 次圖中的 O 點(diǎn)是水平槽末端的垂直投影點(diǎn)用天平稱量出兩球的質(zhì)量，用米尺測(cè)量出各球落點(diǎn)的平均位置到 O 點(diǎn)的距離，如下表：mA/gmB/gOM/cmON/cmOP/cm10.040.039.3054.8598.29圖 625(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析可得：M 點(diǎn)是 B 球的落點(diǎn)，則 N 點(diǎn)是 A 球在_的落點(diǎn)，P 點(diǎn)是 A 球在_的落點(diǎn)(填“碰撞前”或“碰撞后”)(2)取小球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為單位時(shí)間，用 mA、mB 和圖中字母表示碰撞前的總動(dòng)量 p1_，碰撞后的總動(dòng)量p2_.(3) 將表中數(shù)據(jù)代入發(fā)現(xiàn) p1_p2 ( 填“大于”、“等于”或“小于”)，其主要原因是：_.答案：(1)碰撞后碰撞前(2)mA OP(3)小于mB OM mA ONA 球碰后反彈回去，在軌道上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，要克服摩擦力做功而消耗機(jī)械能，它再次運(yùn)動(dòng)到斜槽末端時(shí)，速度較碰撞后小，因此 mB OM mA ON 比 mAOP 要大易錯(cuò)點(diǎn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集【例 1】(單選)在做“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須測(cè)量的物理量有()D入射小球和被碰小球的質(zhì)量入射小球和被碰小球的半徑入射小球從斜槽上由靜止釋放時(shí)的起始高度斜槽軌道的末端到地面的高度從相碰到落地的時(shí)間入射小球未與另一小球碰撞時(shí)飛出的水平距離入射小球和被碰小球碰撞時(shí)飛出的水平距離ACBD錯(cuò)解分析：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律要得到兩小球的質(zhì)量和碰撞前后的速度，故需要得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間或離地面的垂直高度，所以選擇了含有的答案正確解析：由平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，兩小球到地面的垂直距離都相等，所以做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等，故只需測(cè)量其飛出的水平距離及兩小球的質(zhì)量，即可驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒 D 正確1(雙選)如圖 626 所示為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖為完成此實(shí)驗(yàn)，以下所提供的測(cè)量工具中必需的是()ACA直尺B游標(biāo)卡尺C天平D秒表 圖 626解析：驗(yàn)證動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量的是兩小球的質(zhì)量和飛出的水平距離，故需要的工具中必有直尺和天平