2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 動量守恒定律 實驗七 驗證動量守恒定律課件.ppt

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實驗七驗證動量守恒定律 第六章動量守恒定律 內(nèi)容索引 過好雙基關(guān) 命題點一教材原型實驗 命題點二實驗拓展創(chuàng)新 1 過好雙基關(guān) 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 算出碰撞前的動量p m1v1 m2v2及碰撞后的動量p m1v1 m2v2 看碰撞前后動量是否相等 2 實驗器材斜槽 小球 兩個 直尺 復(fù)寫紙 白紙 圓規(guī)等 天平 3 實驗步驟 1 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 按照如圖甲所示安裝實驗裝置 調(diào)整 固定斜槽使斜槽底端水平 3 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 不放被撞小球 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)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面 圓心P就是小球落點的平均位置 5 把被撞小球放在斜槽末端 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 如圖乙所示 6 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 看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立 7 整理好實驗器材放回原處 8 實驗結(jié)論 在實驗誤差允許范圍內(nèi) 碰撞系統(tǒng)的動量守恒 1 數(shù)據(jù)處理驗證表達式 2 注意事項 1 斜槽末端的切線必須 2 入射小球每次都必須從斜槽高度由釋放 3 選質(zhì)量較的小球作為入射小球 4 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 水平 同一 靜止 大 2 命題點一教材原型實驗 如圖所示 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(guān)系 1 實驗中直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的 但可以通過僅測量 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 例1 答案 解析 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(fù) 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(zhì)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 答案 3 經(jīng)測定 m1 45 0g m2 7 5g 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(jié)束時m2的動量為p2 則p1 p2 11 實驗結(jié)果說明 碰撞前后總動量的比值 答案 解析 14 2 9 1 01 4 有同學(xué)認為 在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì) 其他條件不變 可以使被碰小球做平拋運動的射程增大 請你用 4 中已知的數(shù)據(jù) 分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為cm 答案 解析 76 80 其他條件不變 使ON最大 則m1 m2發(fā)生彈性碰撞 則其動量和能量均守恒 可得v2 1 在 驗證動量守恒定律 的實驗中 已有的實驗器材有 斜槽軌道 大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個 重錘線一條 白紙 復(fù)寫紙 圓規(guī) 實驗裝置及實驗中小球運動軌跡及落點的情況簡圖如圖所示 試根據(jù)實驗要求完成下列填空 1 實驗前 軌道的調(diào)節(jié)應(yīng)注意 槽的末端的切線是水平的 答案 解析 平拋運動 2 實驗中重復(fù)多次讓a球從斜槽上釋放 應(yīng)特別注意 答案 解析 靜止釋放滾下 讓a球從同一高處 保證初速度相同 3 實驗中還缺少的測量器材有 答案 解析 天平 刻度尺 要驗證mav0 mav1 mbv2 平拋運動的時間相同 故可驗證mav0t mav1t mbv2t 而v0t OP v1t OM v2t ON 故只需驗證ma OP ma OM mb ON 故需要天平 刻度尺 4 實驗中需要測量的物理量是 答案 解析 a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb 線段OP OM和ON的長度 由 3 的解析可知實驗中需測量的物理量是a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb 線段OP OM和ON的長度 5 若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關(guān)系式 成立 ma OP ma OM mb ON 由 3 的解析可知若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關(guān)系式ma OP ma OM mb ON 答案 解析 3 命題點二實驗拓展創(chuàng)新 2014 新課標(biāo)全國 35 2 現(xiàn)利用圖 a 所示的裝置驗證動量守恒定律 在圖 a 中 氣墊導(dǎo)軌上有A B兩個滑塊 滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片 左側(cè)與打點計時器 圖中未畫出 的紙帶相連 滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片 上面固定一遮光片 光電計時器 未完全畫出 可以記錄遮光片通過光電門的時間 例2 實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1 0 310kg 滑塊B的質(zhì)量m2 0 108kg 遮光片的寬度d 1 00cm 打點計時器所用交流電的頻率f 50 0Hz 將光電門固定在滑塊B的右側(cè) 啟動打點計時器 給滑塊A一向右的初速度 使它與B相碰 碰后光電計時器顯示的時間為 tB 3 500ms 碰撞前后打出的紙帶如圖 b 所示 若實驗允許的相對誤差絕對值最大為5 本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律 寫出運算過程 答案 解析 見解析 2 把兩個大小相同 質(zhì)量不等的金屬球用細線連接起來 中間夾一被壓縮了的輕彈簧 置于摩擦可以忽略不計的水平桌面上 如圖所示 現(xiàn)燒斷細線 觀察兩球的運動情況 進行必要的測量 探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量 測量過程中 1 還必須添加的器材有 圖釘 細線 鉛錘 木板 天平 刻度尺 白紙 復(fù)寫紙 答案 2 需直接測量的數(shù)據(jù)是 答案 3 需要驗算的表達式如何表示 答案 兩球的質(zhì)量m1 m2 水平射程x1 x2 m1x1 m2x2 3 如圖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點下方桌子的邊緣有一豎直立柱 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右端接觸且兩球等高 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(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 此外 1 還需要測量的量是 和 答案 解析 彈性球1 2的質(zhì)量m1 m2 立柱高h 離水平地面的高度H 桌面 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和桌面離水平地面的高度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m2和立柱高h 桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動量變化 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 答案 解析 根據(jù) 1 的解析可以寫出動量守恒的方程 4 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 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)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 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310g 滑塊2 包括橡皮泥 的質(zhì)量為205g 完善實驗步驟 的內(nèi)容 接通打點計時器的電源 釋放滑塊1 答案 解析 使用打點計時器時 先接通電源后釋放紙帶 所以先接通打點計時器的電源 后釋放滑塊1 2 已知打點計時器每隔0 02s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kg m s 兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為kg m s 結(jié)果均保留三位有效數(shù)字 答案 解析 根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得 碰撞前滑塊1的動量為 p1 m1v1 0 310 kg m s 0 620kg m s 滑塊2的動量為零 所以碰撞前的總動量為0 620kg m s 碰撞后滑塊1 2速度相等 所以碰撞后總動量為 m1 m2 v2 0 310 0 205 kg m s 0 618kg m s 0 620 0 618 3 試說明 2 中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 答案 解析 結(jié)果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用 紙帶和打點計時器限位孔 之間有摩擦力的作用