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1、实验七 验证动量守恒定律,实验基础,命题研析,实验基础 落实基础提炼精髓,注意事项 1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”. 2.方案提醒 (1)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平. (2)若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内. (3)若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力. (4)若利用斜槽小球碰撞应注意: 斜槽末端的切线必须水平; 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放; 选质量较大的小球作为入射小球; 实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要
2、始终保持不变.,误差分析 1.小球每次释放位置存在差异.,2.小球离开轨道时的速度不水平. 3.M,N,P点位置确定存在误差.,命题研析 突破常规注重创新,命题点一 基础性实验,【典例1】 某同学用图(甲)所示装置通过半径相同的A,B两球的碰撞来验证动量守恒定律.图中PQ是斜槽,QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A,B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次.图中O点是水平槽末端R在记录纸
3、上垂直投影点.B球落点痕迹如图(乙)所示,其中米尺水平放置,且平行于G,R,O所在的平面,米尺的零点与O点对齐.,(1)碰撞后B球的水平射程应取为 cm.,答案:(1)64.2,解析:(1)小球在平抛运动的过程中由于受到空气的阻力以及空气的扰动等原因,落点不可能全部在同一点,所以要画一个尽可能小的圆使10个落点都在圆中,则圆心即为小球B的平均落点;碰撞后B球的水平射程约为64.2 cm.,(2)在以下选项中,哪些不是本次实验必须进行的测量? (填选项号). A.水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离 B.A球与B球碰撞后,测量A球落点位置到O点的距离 C.测量A球与B球的直径 D.测
4、量A球和B球的质量(或两球质量之比) E.测量G点相对于水平槽面的高度,答案:(2)ABD,(3)实验中,对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 . A.释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小 B.释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差越小,两球速度的测量越准确 C.释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差越小 D.释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对被碰小球的阻力越小,解析:(3)入射小球的释放点越高,入射小球碰前速度越大,相碰时内力越大,阻力的影响相对减小,可以较好地满足动量守恒的条件,也有利于
5、减小测量水平位移时的相对误差,从而使实验的误差减小,选项C正确.,答案:(3)C,反思归纳,利用碰撞实验器做实验时的注意事项,题组训练,1.(1)“验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图(甲)的方法,经过编者修改后,现行的教科书采用图(乙)的方法.两个实验装置的区别在于:悬挂重垂线的位置不同;图(甲)中设计有一个支柱(通过调整,可使两球的球心在同一水平线上.上面的小球被碰离开后,支柱立即倒下),图(乙)中没有支柱,图(甲)中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O,O点的竖直线上,重垂线只确定了O点的位置,比较这两个实验装置,下列说法正确的是( ),A.采用图(甲)的实验装置
6、时,需要测出两小球的直径 B.采用图(乙)的实验装置时,需要测出两小球的直径 C.为了减小误差,采用图(甲)的实验装置时,应使斜槽末端水平部分尽量光滑 D.为了减小误差,采用图(乙)的实验装置时,应使斜槽末端水平部分尽量光滑,答案:(1)AD,(2)在做“碰撞中的动量守恒”实验中: 如果采用(1)中(乙)图装置做“碰撞中的动量守恒”实验,某次实验得出小球的落点情况如图(丙)所示,图中数据单位为cm,假设碰撞动量守恒,则质量之比m1m2= . 在实验中根据小球的落点情况,若等式= 成立,则还可证明碰撞中前后系统的动能相等.,(2)小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,这对实验结果 (选填“会”
7、或“不会”)产生误差.,解析:(2)小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,对于每次滚下的小球的影响都是相同的,因此对小球的末速度无影响,故对实验结果不会产生误差.,答案:(2)不会,(3)实验装置如图(甲)所示,A球为入射小球,B球为被碰小球,以下所列举的在实验过程中必须满足的条件是 . A.入射小球的质量mA,可以小于被碰小球的质量mB B.实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度 C.入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放 D.斜槽末端的切线必须水平,小球放在斜槽末端处,应能静止,答案:(3)D,解析:(3)实验中必须满足的条件是:碰撞小球的质量大于被碰小球的质量,小球每次都必须从同
8、一高度滚下,不需要测量小球做平抛运动的时间或高度,故选项D正确.,(4)在“验证动量守恒定律”的实验中.某同学用如图(乙)所示的装置进行了如下的操作:,先调整斜槽轨道,使末端的切线水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于靠近槽口处,使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O.,将木板向右平移适当的距离,再使小球a从原固定点由静止释放,撞在木板上并在白纸上留下痕迹B. 把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球a仍从原固定点由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C. 用天平测量a,b两小球的质量分别为ma,
9、mb,用刻度尺测量白纸O点到A,B,C三点的距离分别为y1,y2和y3.用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为 .,命题点二 创新实验,【典例2】 现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)中,气垫导轨上有A,B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.,实验测得滑块A的质量m1=0.310 kg,滑块B的质量m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率f=50.0 Hz. 将光电门固定在滑块B
10、的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰.碰后光电计时器显示的时间为tB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.,若实验允许的相对误差绝对值( 100%)最大为5%,本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律?写出运算过程.,答案:见解析,【创新/改进点分析】,实验器材的创新:使用气垫导轨来减少摩擦力对实验的影响.,题组训练,1.某同学把两个质量不同的小球用细线连接,中间夹一个被压缩了的轻弹簧,如图所示,将此系统置于光滑水平桌面上,烧断细线,观察两小球的运动情况,进行必要的测量,验证两小球相互作用的过程中动量守恒.,(1)该同学还需具备的器材是 ; (2)需要直
11、接测量的数据是 ;,解析:(1)(2)这个实验的思路是通过测平抛运动的位移来代替它们作用后的速度.所以需要有刻度尺和天平分别测平抛运动的水平位移和两小球的质量.,答案:(1)刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平 (2)两球的质量m1,m2,水平射程x1,x2,(3)用得到的数据验证动量守恒的关系式是 .,答案:(3)m1x1=m2x2,2.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动.他设计的具体装置如图(甲)所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器的电
12、源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.,(1)若已得到打点纸带如图(乙)所示,并将测得各计数点间距标在图上,A为运动起始的第一点,若要计算小车A的碰前速度vA及计算A和B碰后的共同速度v共,应分别选择纸带的哪一段 .(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”),解析:(1)推动小车由静止开始运动,故小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,BC段为匀速运动的阶段,故选BC计算碰前的速度;碰撞过程是一个变速运动的过程,而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动,在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后共同的速度.,答案:(1)BC DE,答案:(2)0.420 kgm/s 0.417 kgm/s,(2)若已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,那么碰前两小车的总动量为 ,碰后两小车的总动量为 .,点击进入 综合检测,