2020版高考物理人教版山东一轮复习课件：实验8 验证动量守恒定律(共33张PPT).ppt

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1、实验8验证动量守恒定律,-2-,一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p=m1v1+m2v2,看碰撞前后动量是否守恒。,-3-,三、实验方案实验方案1.利用气垫导轨完成一维碰撞实验1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。3.实验:测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量。改变滑块的初速度大小和方向)。4.验证:一维碰撞中的动量守恒。,-4-,实验方案2.利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。2.安装:把

2、两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰。4.测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度;测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度。5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。,-5-,实验方案3.在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1.测质量:用天平测出两小车的质量。2.安装:如图所示安装实验装置。3.实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动。4.测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v= 算出速度。5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验

3、。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。,-6-,实验方案4.利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。2.安装:如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。,-7-,3.铺纸:白纸在下,复写纸在上。记下重垂线所指的位置O。4.放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和

4、被撞小球落点的平均位置N。如图所示。,-8-,四、注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。五、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维。(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。,教材原型实验典例1如图所示,用碰撞实验器可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。,-9-,命题点一,命题点二,(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过仅

5、测量(填选项前的符号),间接地解决这个问题。A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程,-10-,命题点一,命题点二,(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,实验时先让入射球m1多次从斜轨上Q位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP,然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上Q位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。接下来要完成的必要步骤是。(填选项前的符号)A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射

6、程OM、ON,-11-,命题点一,命题点二,(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为(用(2)中测量的量表示);若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为(用(2)中测量的量表示)。,-12-,命题点一,命题点二,-13-,命题点一,命题点二,思维点拨验证动量守恒定律实验中,质量可测而瞬时速度较难。因此采用了落地高度不变的情况下,水平射程来反映平抛的初速度大小,所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度。过程中小球释放高度不需要测量,小球抛出高度也不要求测量。最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒。,-14-,命题点一,命题点二,典例2(2018辽宁辽南协作校下学期模拟)如图所示

7、,气垫导轨是常用的一种实验仪器:它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦,我们可以用带竖直挡板C、D的气垫导轨以及滑块A、B来验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计),采用的实验步骤如下:,-15-,命题点一,命题点二,(a)用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB(b)调整气垫导轨,使导轨(c)在滑块A、滑块B间放入一个被压的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上(d)用刻度尺测出滑块A的左端至板C的距离L1,B的右端至D板的距离L2(e)按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当滑块A

8、、B分别碰撞挡板C、D时停止计时,计下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1和t2。(1)步骤(b)补充完整;(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是;(3)利用上述实验数据还能测出被压缩弹簧的弹性势能的大小,请写出表达式。,-16-,命题点一,命题点二,-17-,命题点一,命题点二,创新实验典例3(2018河南驻马店质检)如图所示实验装置,某同学用a、b是两个半径相同的小球,按照以下步骤研究弹性正碰实验操作:在平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于紧靠槽口处,使小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;将木板水平向右移动一定距离并固定,再

9、使小球a从固定点处由静止释放,撞到木板上。重复多次,用尽可能小的圆把小球的落点圈在里面,其圆心就处于小球落点的平均位置,得到痕迹B;把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球a仍从固定点处由静止释放,和小球b相碰后,重复多次,并使用与第二步同样的方法分别标出碰撞后两个小球落点的平均位置,得到两球撞在木板上痕迹A和C。,-18-,命题点一,命题点二,(1)为了保证在碰撞过程中a球不反弹,a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1m2。(选填“大于”“小于”或“等于”)(2)完成本实验,必须测量的物理量有。A.小球a开始释放的高度hB.木板水平向右移动的距离lC.A球和B球的质量m1、m2D.O

10、点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2、y3(3)若(2)所给选项的物理量均已知,若满足条件(用测量量表示),则表示两小球发生的是弹性碰撞。,-19-,命题点一,命题点二,-20-,命题点一,命题点二,思维点拨(1)抓住碰撞后a球的速度小于b球,结合水平位移相等得出平抛运动的时间大小关系,从而确定下降的高度大小关系,确定出落点的位置。(2)抓住碰撞前的总动量和碰撞后的总动量相等,结合平抛运动的规律表示出速度,从而得出验证的表达式。,-21-,命题点一,命题点二,典例4(2018山东潍坊三模)某同学用如图所示装置验证动量守恒:长木板水平固定,弹簧左端同定在挡板上,右端自由伸长到O点,滑块A右侧

11、粘有橡皮泥,置于长木板上,左侧恰好位于O点。操作如下:推动A压缩弹簧至某一位置,然后无初速释放,测得停下时A、O间距离x1;再次推动A压缩弹簧至同一位置,另取一滑块B放于O点,无初速释放A,A与B碰后粘在一起运动,测得停下时A、O的距离x2。请回答下列问题:(1)x1x2(选填“大于”“小于”或“等于”)(2)实验中还需要测量的物理量及符号是 ,若等式 (用所测物理量符号表示)成立,则碰撞过程动量守恒。,-22-,命题点一,命题点二,-23-,命题点一,命题点二,在验证动量守恒定律的实验中,核心问题是如何测量碰撞前后的瞬时速度,因此在实验设计时,可以根据学过的知识进行测量,如可以利用平抛运动,

12、或光电门,或自由落体等变速运动,或圆周运动,或动能定理等进行等效代换。本题就是利用了动能定理。,-24-,1.(2018山西太原3月模拟)某实验小组用图甲所示的装置验证动量守恒定律。实验时,先将金属小球A从斜槽上某一固定位置由静止释放,A从斜槽末端飞出后落到水平地面的记录纸上留下落点痕迹,重复10次。把相同半径的塑料小球B放在与斜槽末端等高的支柱上,让A仍从斜槽上同一位置由静止释放,与B碰撞后,A、B分别在记录纸上留下落点痕迹,重复10次。图中O点是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点,M、P、N分别为小球落点的痕迹,小立柱与斜槽末端的距离等于小球的直径。,-25-,(1)下列说法正确的是;A.斜

13、槽的末端必须水平B.需要测量斜槽末端距地面的高度C.图中M点是未放小球B时小球A的落点痕迹D.图中P点是未放小球B时小球A的落点痕迹(2)用螺旋测微器测量小球的直径时示数如图乙所示,则小球的直径d= m;(3)实验中测出小球的直径及M、P、N与O点的距离分别用d、OM、OP、ON表示,若碰撞过程中动量守恒,则两小球的质量之比(用所给符号表示)。,-26-,解析: (1)斜槽的末端必须水平才能保证小球从斜槽末端飞出时做平抛运动,故A正确;本实验是根据平抛的规律验证动量守恒定律,需要测量的是A、B两小球抛出的水平距离,因为抛出高度相同落地时间一样,验证时式子两端会把时间消去,所以与高度无关,不需要

14、测量斜槽末端距地面的高度,故B错误;碰撞后A球速度小,B球速度大,因为落地时间相同,所以M点是碰撞后A球落点,N点是B球落点,而图中P点是未放小球B时小球A的落点,故C错误,D正确;故选AD。(2)螺旋测微器的固定刻度读数为7.5 mm。可动刻度读数为0.010.0 mm=0.000 mm,所以小球的直径最终读数为:7.5 mm+0.000 mm=7.500 mm;(3)根据实验原理可知mav0=mav1+mbv2,因为下落时间相同,所以有ma(OP-d)=ma(OM-d)+mb(ON-d),解得两小球质量之比,-27-,2.(2018安徽安庆二模)某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器

15、等器材进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示,下面是实验的主要步骤:,-28-,安装好气垫导轨和光电门,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d到得A、B两滑块的质量(包含遮光片)m1、m2向气垫导轨通入压缩空气利用气垫导轨左右的弹射装置,使滑块A、B分别向右和向左运动,测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起,运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同,此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t,-29-,试解答下列问题:(1)碰撞前A滑块的速度大小为,碰撞前B滑块的速度大小为。(2)为了验证碰撞中动

16、量守恒,需要验证的关系式是(用题中物理量表示)。(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能。请用上述实验过程测出的相关物理量,表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E=。,-30-,-31-,3.(2018厦门市下学期质量检查)在验证动量守恒定律实验时,用图甲所示装置进行验证,在长木板右端下面垫放小木片,平衡好摩擦力。小车P的前端粘有橡皮泥,后端连着纸带。接通电源,轻推小车P使之运动,小车P运动一段时间后,与原来静止的小车Q相碰,并黏合在一起继续运动。(已知打点计时器电源频率为50 Hz),-32-,(1)两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量mP=0.60 kg,小车Q的质量mQ=0.40 kg,由以上数据求得碰前系统总动量为 kgm/s,碰后系统总动量为 kgm/s(结果保留三位有效数字)。(2)实验结论:。,-33-,答案: (1)0.480-0.4820.475(2)在误差允许的范围内,碰撞前后动量守恒,