高考物理一轮复习 实验 专题 验证动量守恒定律导学案2.doc

实验：验证动量守恒定律方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图1所示)图11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(如图2所示)图21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(如图3所示)图31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。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。方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图4所示)图41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：按照图4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。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5所示。图56验证：连接on，测量线段op、om、on的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1opm1omm2on，看在误差允许的范围内是否成立。误差分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。碰撞是否为一维碰撞。实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等。(2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。实验注意事项(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。(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。(4)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。(5)若利用斜槽进行实验，入射球质量m1要大于被碰球质量m2，即m1m2，防止碰后m1被反弹，且两球半径r1r2r。热点突破热点一实验原理与实验操作1(多选)如图6在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是()图6a悬挂两球的线长度要适当，且等长b由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度c两小球必须都是刚性球，且质量相同d两小球碰后可以粘合在一起共同运动解析两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以a正确；由于计算碰撞前速度时用到了mghmv20，即初速度为0，b正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，c错误；两球正碰后，有各种运动情况，所以d正确。答案abd2某同学用如图7所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。图7(1)本实验必须测量的物理量有_。a斜槽轨道末端距水平地面的高度hb小球a、b的质量ma、mbc小球a、b的半径rd小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t e记录纸上o点到a、b、c各点的距离、fa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2)放上被碰小球b，两球(mamb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_点和_点。(3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看_和_在误差允许范围内是否相等。解析(1)b点是不发生碰撞时a球的落地点，a点是发生碰撞后a球的落地点，c点是碰后b球的落地点。设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vb，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为va，碰后b球的速度大小为vc，本实验就是要验证关系式mavbmavambvc是否成立。因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以本实验也可以验证mamamb是否成立，b、e正确。(2)两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的a点和c点。(3)根据(1)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看ma和mamb在误差允许范围内是否相等。答案(1)be(2)ac (3)mamamb 热点二数据处理及分析3现利用图8(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。(a)(b)图8实验测得滑块a的质量m10.310 kg，滑块b的质量m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f50.0 hz。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tb3.500 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。解析按定义，物体运动的瞬时速度大小为v：v式中s为物块在很短时间t内走过的路程，设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ta，则ta0.02 sta可视为很短，设在a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：v0 m/s2.00 m/sv1 m/s0.970 m/s设b在碰撞后的速度大小为v2，由式有v2代入题所给的数据可得：v22.86 m/s设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p，则pm1v0pm1v1m2v2两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为p|100%联立式并代入有关数据，可得：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。答案见解析热点三实验拓展与创新4如图9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。此外：图9(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和桌面离水平地面的高度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a、桌面离水平地面的高度h就能求出弹性球2的动量变化。(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程2m12m1m2。答案(1)弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h桌面离水平地面的高度h(2)2m12m1m2随堂检测1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，实验装置如图10所示，采用的实验步骤如下：图10 a松开手的同时，记录滑块a、b运动时间的计时器开始工作，当a、b滑块分别碰到c、d挡板时计时器结束计时，分别记下a、b到达c、d的运动时间t1和t2。 b在a、b间水平放入一个轻弹簧，用手压住a、b使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置。 c给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平。 d用刻度尺测出a的左端至c板的距离l1，b的右端至d板的距离l2。(1)实验步骤的正确顺序是_。(2)实验中还需要的测量仪器是_，还需要测量的物理量是_。(3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_。2用如图11甲所示装置通过半径相同的a、b两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为ma的a球从斜槽上某一固定点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，把质量为mb的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，得到了如图乙所示的三个落地处。图11(1)请在图乙中读出op_ cm。(2)由乙图可以判断出r是_球的落地点，q是_球的落地点。(3)为了验证碰撞前后动量守恒，该同学只需验证表达式_。3如图12甲所示，是气垫导轨上的两个滑块的照片，中间是滑块a，质量ma0.20 kg，右边是滑块b，质量mb0.30 kg。乙图是滑块b向左运动中与滑块a碰后合为一体的照片，频闪照片的频率f10 hz。(1)根据照片提供的信息，碰前的动量为_kgm/s，碰后的动量为_kgm/s。图12(2)实验结论：_。参考答案1.解析(2)还需用天平测滑块的质量。(3)两滑块脱离弹簧的速度为v1，v2，由动量守恒得m1v1m2v2即m1m2。答案(1)cbda(2)天平a、b两滑块的质量m1、m2(3)m1m22.解析(1)由图可知op约为17.5 cm，(2)q是a球碰前的落点，p是a球碰后的落点，r是b球的落点。(3)因为各球的运动时间相等，因此碰后的速度可以用水平位移来代替，需要验证的表达式为maoqmaopmbor。答案(1)17.5 (2)b a(3)maoqmaopmbor3.解析题图为利用多次闪光放电管拍摄的多重照片，即频闪照片。这种照片可以捕捉住质点各瞬间的位置，从而研究质点的运动规律频闪照片频率为10 hz，即相邻两位置的发生时间为0.1 s。从图中读出碰前a质点的位置不变，则a静止；b质点在相等时间内