2019版高考物理一轮复习 实验十二 验证动量守恒定律课件.ppt

实验十二：验证动量守恒定律,1.实验原理：在一维碰撞中，分别测出物体的质量m1，m2和碰撞前后物体的速度v1、v2，v1、v2，算出碰撞前的动量p_及碰撞后的动量p_，即可,验证碰撞前后动量是否守恒.,m1v1m2v2,m1v1m2v2,2.实验方案,实验需测量物体的质量和速度，质量可用天平直接测量，,测速度的方案有：,(1)利用平抛运动测速度.利用平抛运动下落高度相同时，水平速度与水平距离成正比.此方案所用器材有：斜槽，大小相等、质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规，三角板.,(2)利用光电门测速度，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.此方案所用器材有：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.,3.利用平抛运动测速度的实验原理图S12-1(1)质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，根据动量守恒定律应有,m1v1m1v1m2v2.,m1OMm2ON,(2)各小球在同一高度做平抛运动，运动时间相等，则动量守恒时有：m1OP_.(如图S12-1所示),4.利用平抛运动测速度的实验步骤,(1)先用天平测出小钢球的质量m1、m2.,(2)按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，确保碰撞后的速度方向水平.,(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸.,(4)在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射小球m1,碰前的球心竖直投影的位置.,(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时落地点的平均位置P.,(6)把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤(5)求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.,(7)过O、N在纸上作一直线，取OO2r，O就是被碰,小球碰撞时的球心竖直投影的位置.,(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OPm1OMm2ON，看是否成立.,(9)整理实验器材放回原处.,5.利用平抛运动测速度实验的注意事项,(1)斜槽末端必须_.,水平,同一高度,(2)入射小球每次都必须从斜槽上的_滚下.(3)白纸铺好后不能移动.(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即m1m2，且r1r2r.,考点,基本实验操作与实验数据的考查,【典题1】如图S12-2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.图S12-2,(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.小球开始释放的高度h,B.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程,(2)图S12-2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位置由静止释放，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_(填选项前的字母).,A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放的高度hC.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、NE.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，m145.0g，m27.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图S12-3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p1p211_.实验结果表明，碰撞前、后,总动量的比值,p1p1p2,为_.,图S12-3,(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，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(4)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.,解析：(1)在落地高度不变的情况下，水平位移就能反映平抛初速度的大小，所以，仅测量小球做平抛运动的射程就能间接测量速度.,(2)测量平均落地点的位置，找到平抛的水平位移，因此步骤中D、E是必需的，而且D先E后，至于用天平测质量则先后均可.,所以若两球相碰前后的动量守恒，则m1OMm2ONm1OP成立，若碰撞是弹性碰撞，机械能守恒，则m1OM2m2ON2m1OP2成立.,答案：(1)C(2)ADE(或DEA)(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2,(4)142.9,1.01,(5)76.80,考向1,用光电门测速度,【典题2】(2014年新课标卷)现利用如图S12-4甲所示的装置验证动量守恒定律.在图甲中，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.,甲,乙,图S12-4,实验测得滑块A的质量m10.310kg，滑块B的质量m20.108kg，遮光片的宽度d1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f50.0Hz.,将光电门固定在滑块B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tB3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图乙所示.,最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒,定律？请写出运算过程.,tA0.02s,解：按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为,v,st,式中s为滑块在很短时间t内走过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为tA，则,1f,tA可视为很短.设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.,将式和图给实验数据代入式可得v02.00m/s,v10.970m/s,设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由式有,v2,dtB,代入题给实验数据得v22.86m/s,设两滑块在碰撞前、后的动量分别为p和p，则,pm1v0,pm1v1m2v2,两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为,联立式并代入有关数据，得p1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.,考向2,用打点计时器测速度,【典题3】某同学设计了一个“用电磁打点计时器验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端装有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速运动.他设计的装置如图S12-5甲所示.在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用的电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力.,甲,乙,图S12-5,(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上).A为运动的起点，则应选_段来计算A碰前的速度，应选_段来计算A和B碰后的共同速度.(填“AB”“BC”“CD”或“DE”),(2)已测得小车A的质量m10.4kg，小车B的质量m20.2kg，则碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s.,解析：(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A的碰前速度.从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段小车运动稳定，故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度.(2)小车A在碰撞前的速度,小车A在碰撞前的动量p0m1v00.41.050kgm/s0.420kgm/s碰撞后A、B的共同速度,碰撞后A、B的总动量p(m1m2)v(0.20.4)0.695kgm/s0.417kgm/s.,答案：(1)BC,DE(2)0.4200.417,考向3,用频闪照相探究动量守恒定律,【典题4】(2017年江西九校高三大联考)利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：用天平测出滑块A、B的质量分别为200g和300g；安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把A、B两滑块放到导轨上，并给他们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为t0.2s,照片如图S12-6所示：图S12-6,结合实验过程和图象分析知：