《2020版广西高考物理人教版一轮复习课件：6.4 实验7 验证动量守恒定律 .pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版广西高考物理人教版一轮复习课件：6.4 实验7 验证动量守恒定律 .pptx（37页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、实验7 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。 三、实验方案、器材、步骤及数据处理 实验方案1.利用气垫导轨完成一维碰撞实验 实验器材 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。,-3-,实验步骤 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:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的
2、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。 数据处理 1.滑块速度的测量:v= ,式中x为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2,-4-,实验器材 带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 实验步骤 1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。 2.安装:把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,放下后它们相碰。 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
3、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-,数据处理 1.摆球速度的测量:v= ,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。 2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2 实验方案3.在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺。,-6-,实验步骤 1.测质量:用天平测出两小车的质量。 2.安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰
4、撞端分别装上撞针和橡皮泥。 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。 6.验证:一维碰撞中的动量守恒。,-7-,数据处理 1.小车速度的测量:v= ,式中x是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,t为小车经过x的时间,可由打点间隔算出。 2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2 实验方案4.利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、刻度尺、圆规等。,-8-,实验步骤 1.
5、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。 3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。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。,-9-,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和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。,6.验证:连接ON,测量线段OP、
6、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入 ,看在误差允许的范围内是否成立。 7.结束:整理好实验器材放回原处。,数据处理,-10-,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。,-11-,考点一,考点二,考点三,实验原理及操作 例1如图所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,
7、即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。,-12-,考点一,考点二,考点三,(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是,可以通过仅测量 (填选项前的字母),间接地解决这个问题。 A.小球开始释放高度h B.小球抛出点距地面的高度H C.小球做平抛运动的射程,-13-,考点一,考点二,考点三,(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S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S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
8、的字母) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2 B.测量小球m1开始释放高度h C.测量抛出点距地面的高度H D.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E.测量平抛射程OM、ON,-14-,考点一,考点二,考点三,(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)。,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,数据处理和误差分析 例2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、
9、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量,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: a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB; b.调整气垫导轨,使导轨处于水平; c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;,-16-,考点一,考点二,考点三,d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离l1; e.按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰撞挡板C、D 时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。 (1)实验中还应测量的物理量及其符号是 。 (2)作用前A、B两滑块质量与速度乘积之和为
10、 ;作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为 。 (3)作用前、后A、B两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等,产生误差的原因有 (至少答出两点)。,-17-,考点一,考点二,考点三,解析： A、B两滑块被压缩的弹簧弹开后,在气垫导轨上运动时可视为匀速运动,因此只要测出A与C的距离l1、B与D的距离l2及A到C、B到D的时间t1和t2,测出两滑块的质量,就可以探究碰撞中的不变量。 (1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离l2。,-18-,考点一,考点二,考点三,(3)产生误差的原因: l1、l2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差; 没有考虑弹簧推动滑块的加速过程; 滑块并不是做标准
11、的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力; 气垫导轨不完全水平。 答案： (1)B的右端至挡板D的距离l2,-19-,考点一,考点二,考点三,例3如图甲所示,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。,-20-,考点一,考点二,考点三,(1)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1,则p1p1= 11;若碰撞结束时m2的动量为p2,则p1p2=11 。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值 = 。,-21-,考点一,考点二,考点三,(2)有同学认为,在上述实验中仅更换两个
12、小球的材质,其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(1)中已知的数据,分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为 cm。,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,规律总结1.若利用斜槽、小球碰撞应注意: (1)斜槽末端的切线必须水平。 (2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 (3)选质量较大的小球作为入射小球。 (4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 2.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。 3.若利用摆球进行实验,两小球静止放置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
13、线应在同一竖直面内。,-23-,考点一,考点二,考点三,实验拓展与创新 例4右图是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞,碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c。,-24-,考点一,考点二,考点三,(1)还需要测量的量是 、 和 。
14、 (2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为 。(忽略小球的大小),答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,例5在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如图所示的装置进行如下的实验操作:,先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于槽口处。使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O; 将木板向远离槽口平移一段距离,再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹B;,-26-,考点一,考点二,考点三,然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端,小球a仍从原来挡板处由静止释放,与小球b相碰后,两球撞在木板上得到
15、痕迹A和C; 用天平测量a、b的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3。 (1)小球a与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C,其中小球a撞在木板上的 (选填“A”或“C”)点。 (2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为 (仅用ma、mb、y1、y2、y3表示)。,答案,解析,-27-,1,2,3,1.某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图甲所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在气垫导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨的空腔内不断通入压缩空气,空气会从
16、小孔中喷出,使滑块悬浮在导轨上,这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。,-28-,1,2,3,(1)下面是实验的主要步骤: 安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; 向气垫导轨的空腔内通入压缩空气; 把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器固定在滑块1的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向上; 使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳; 把滑块2放在气垫导轨的中间; 先 ,然后 ,让滑块带动纸带一起运动; 取下纸带,重复步骤,选出理想的纸带如图乙所示; 测得滑块1的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为
17、205 g。 完善实验步骤的内容。,-29-,1,2,3,(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点,计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为 kgm/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为 kgm/s。(结果均保留3位有效数字) (3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是 。,解析：(1)使用打点计时器时,先接通电源后释放纸带,所以先接通打点计时器的电源,后释放滑块1。 (2)放开滑块1后,滑块1做匀速运动,与滑块2发生碰撞后,跟滑块2一起做匀速运动,根据纸带的数据可得,碰撞前滑块1的动量为,(3)结果不完全相等是因为纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用。,-30-,1,2,3,答
18、案：(1)接通打点计时器的电源 释放滑块1 (2)0.620 0.618 (3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用,-31-,1,2,3,2.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞(碰撞过程中没有机械能损失),某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球,按下述步骤做如下实验:,用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2,且m1m2; 按照上图安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端点的切线水平,将一斜面BC连接在斜槽末端; 先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置;,-32-,1,2,3,将小球m2放在斜槽前端边缘处,让小
19、球m1仍从斜槽顶端A处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置; 用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离。图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,它们到B点的距离分别为lD、lE、lF。 根据该同学的实验,回答下列问题: (1)在没有放m2时,让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,m1的落点是图中的 点; (2)用测得的物理量来表示,只要满足关系式 ,则说明碰撞中动量是守恒的; (3)用测得的物理量来表示,只要再满足关系式 ,则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。,-33-,1,2,3,解析：(1)由于发生弹性正碰,且m1m2,因此碰后小球
20、m1的速度比未碰撞时的速度小,小球m2的速度比未碰撞时小球m1的速度大,因此可判定小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下,未碰时的落点在图中的E点。 (2)碰撞前,小球m1落在图中的E点,设其水平初速度为v1。小球m1和m2发生碰撞后,小球m1的落点在图中的D点,设其水平初速度为v1,小球m2的落点是图中的F点,设其水平初速度为v2,斜面BC的,-34-,1,2,3,(3)若两小球的碰撞是弹性碰撞,则碰撞前后机械能没有损失,满足关,-35-,1,2,3,3.下图为一弹簧弹射装置,在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧,弹簧压缩并锁定,在金属管两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管径且与
21、弹簧不固连)。现解除弹簧锁定,两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。然后按下述步骤进行实验:,用天平测出两球质量m1、m2; 用刻度尺测出两管口离地面的高度h; 记录两球在水平地面上的落点P、Q。,-36-,1,2,3,回答下列问题: (1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需测量的物理量有 。(已知重力加速度g) A.弹簧的压缩量x B.两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2 C.小球直径 D.两球从管口弹出到落地的时间t1、t2 (2)根据测量结果,可得弹性势能的表达式为Ep= 。 (3)由上述测得的物理量来表示,如果满足关系式 ,就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。,-37-,1,2,3,解析：(1)根据机械能守恒定律可知,弹簧的弹性势能等于两球得到的动能之和,而要求解动能必须还要知道两球弹射的初速度v0,由平,(3)如果满足关系式m1v1=m2v2,即m1x1=m2x2,那么就说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。,