2019版高考物理總復習 第六章 碰撞與動量守恒 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 方案一 利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗 如圖1所示 圖1 1 測質(zhì)量 用測出滑塊質(zhì)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 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 天平 速度 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2所示 圖2 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 實驗 一個小球 拉起另一個小球 放下后它們 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 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 靜止 相碰 速度 方案三 在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗 如圖3所示 圖3 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小車的 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和橡皮泥 3 實驗 接通 讓小車A運動 小車B靜止 兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中 把兩小車連接成整體運動 4 測速度 通過紙帶上兩計數(shù)點間的及時間由v 算出速度 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 質(zhì)量 撞針 電源 距離 方案四 利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律 如圖4所示 圖4 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 復寫紙在上且在適當位置鋪放好 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 5 碰撞找點 把被撞小球放在斜槽末端 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 重復實驗10次 用步驟4的方法 標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5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m1 OP m1 OM m2 ON 看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立 圖5 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 碰撞的兩物體應保證 水平 和 正碰 2 若利用氣墊導軌進行實驗 調(diào)整氣墊導軌時 注意利用水平儀確保導軌水平 3 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(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m1 m2 防止碰后m1被反彈 且兩球半徑r1 r2 r 熱點一教材原型實驗 例1 某同學用如圖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置處 重復10次 回答下列問題 圖6 答案 1 保持水平 2 3 AC 4 B 解析 1 小球離開軌道后應做平拋運動 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A C點 變式訓練1 某同學設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50Hz 圖7 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 則應選圖中 段來計算A碰前的速度 應選 段來計算A和B碰后的速度 2 已測得小車A的質(zhì)量mA 0 40kg 小車B的質(zhì)量mB 0 20kg 則由以上結果可得碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 3 從實驗數(shù)據(jù)的處理結果來看 A B碰撞的過程中 可能哪個物理量是不變的 圖8 解析 1 因為小車A與B碰撞前 后都做勻速運動 且碰后A與B黏在一起 其共同速度比A原來的速度小 所以 應選點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A碰前的速度 選點跡分布均勻且點距較小的DE段計算A和B碰后的速度 2 由題圖可知 碰前A的速度和碰后A B的共同速度分別為 故碰撞前 mAvA mBvB 0 40 1 05kg m s 0 20 0kg m s 0 420kg m s 碰撞后 mAvA mBvB mA mB vA 0 40 0 20 0 695kg m s 0 417kg m s 3 數(shù)據(jù)處理表明 mAvA mBvB mAvA mBvB 即在實驗誤差允許的范圍內(nèi) A B碰撞前后總的物理量mv是不變的 答案 1 BCDE 2 0 4200 417 3 mv 例2 如圖9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 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(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 圖9 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 桌面高H就能求出彈性球2的動量變化 2 根據(jù) 1 的解析可以寫出動量守恒的方程 變式訓練2 某同學利用電火花計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗 氣墊導軌裝置如圖10 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(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 圖10 1 下面是實驗的主要步驟 安裝好氣墊導軌 調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕 使導軌水平 向氣墊導軌通入壓縮空氣 把電火花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(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 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 結果均保留3位有效數(shù)字 3 試說明 2 中兩結果不完全相等的主要原因是 解析 1 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 3 結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 答案 1 接通打點計時器的電源釋放滑塊1 2 0 6200 618 3 紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用 A 懸掛兩球的線長度要適當 且等長B 由靜止釋放小球以便較準確地計算小球碰前的速度C 兩小球必須都是剛性球 且質(zhì)量相同D 兩小球碰后可以粘合在一起共同運動 1 多選 如圖11在利用懸線懸掛等大小球進行驗證動量守恒定律的實驗中 下列說法正確的是 圖11 答案ABD 2 2017 湖南三湘大聯(lián)考 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 使滑塊懸浮在水平導軌上 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的氣墊導軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律 實驗裝置如圖12所示 彈簧的長度忽略不計 實驗步驟如下 圖12 a 用天平分別測出滑塊A B的質(zhì)量mA mB b 調(diào)整氣墊導軌 使導軌處于水平狀態(tài) c 在A和B之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的左端到C的距離L1 e 按下電鈕 放開卡銷 同時使分別記錄滑塊A B運動時間的計時器開始工作 當滑塊A B分別碰撞擋板C D時停止計時 記下滑塊A到達擋板C和滑塊B到達擋板D的運動時間t1和t2 1 實驗中還應測量的物理量是 2 利用上述測量的實驗數(shù)據(jù) 可得出驗證動量守恒定律的表達式是 3 上式中算得的滑塊A B的動量大小并不完全相等 產(chǎn)生誤差的原因可能是 至少寫出兩點 3 產(chǎn)生誤差的原因可能是測量mA mB L1 L2 t1 t2時帶來的誤差 氣墊導軌不水平 滑塊與氣墊導軌間有摩擦 3 某同學用如圖13所示裝置通過半徑相同的A B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量 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 圖中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點 圖13 1 安裝器材時要注意 固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿 方向 2 某次實驗中 得出小球落點情況如圖14所示 單位是cm P M N分別是入射小球在碰前 碰后和被碰小球在碰后落點的平均位置 把落點圈在內(nèi)的最小圓的圓心 則入射小球和被碰小球質(zhì)量之比為m1 m2 圖14 代入數(shù)據(jù)可解得m1 m2 4 1 答案 1 水平 2 4 1 解析 1 為保證小球滾落后做平拋運動 斜槽末端的切線要沿水平方向 2 由碰撞過程中mv的乘積總量守恒可知