与名师对话·高三课标版物理X3-5-2验证一维碰撞中的动量守恒定律.ppt

一、实验目的 1验证一维碰撞中的动量守恒 2探究一维弹性碰撞的特点 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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒,三、实验器材 方案一：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 方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥 方案四：斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板,四、实验步骤 方案一：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：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,方案二：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,方案三：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：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,五、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平面内 (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始终保持不变 3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变,六、误差分析 1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否为一维碰撞； (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，长木板实验是否平衡掉摩擦力 2偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量,在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，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,(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与弹射架并固定在滑块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； 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，选出理想的纸带如上图(b)所示； 测得滑块1的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g. 完善实验步骤的内容,(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.(保留三位有效数字) (3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_ 尝试解答 (1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块,答案 (1)接通打点计时器的电源 放开滑块1 (2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦,结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成30.若本实验允许的最大误差为4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？,(对应学生用书P264) 1某同学用下图甲所示的装置通过半径相同的A、B两球(mAmB)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次图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点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； (2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：_.(填选项字母) A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 BA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球或B球的直径 D测量A球和B球的质量(或两球质量之比) E测量O点相对于水平槽面的高度,(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 (1)用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是64.7 cm，这就是小球落点的平均位置 (2)本实验中要测量的数据有：两个小球的质量m1、m2，三个落点的距离x1、x2、x3，所以应选A、B、D. (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减少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 (1)64.7(64.564.9均可) (2)A、B、D (3)C,2某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如右图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒,(1)该同学还必须有的器材是_ (2)需要直接测量的数据是_. (3)用所得数据验证动量守恒的关系式是_ 解析 这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同，也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度 答案 (1)刻度尺、天平 (2)两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离x1、x2 (3)m1x1m2x2,3如右图所示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点正下方桌子的边沿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.此外： (1)还需要测量的量是_、_和_ (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),解析 (1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化,4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和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如上图所示(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； 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)利用上述测量的实验数据验证动量守恒定律的表达式是_，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因有_(至少答出两点),答案 见解析,5(2011北京理综)如图，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,(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_(填选项前的符号)，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,(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_(填选项前的符号) 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 (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),(4)经测定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距O点