高考物理一轮复习 实验7 验证动量守恒定律课件.ppt

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 实验方案2 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 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 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 实验步骤 1 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 11 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 om on的长度 将测量数据填入表中 最后代入m1 op m1 om m2 on 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 验证的表达式 m1 op m1 om m2 on 12 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 13 考点一 考点二 考点三 考点一实验原理及操作例1如图所示 用 碰撞实验器 可以验证动量守恒定律 即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 14 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 填选项前的符号 间接地解决这个问题 a 小球开始释放高度hb 小球抛出点距地面的高度hc 小球做平抛运动的射程 15 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 填选项前的符号 a 用天平测量两个小球的质量m1 m2b 测量小球m1开始释放高度hc 测量抛出点距地面的高度hd 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 16 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 17 考点一 考点二 考点三 例2 2016 江苏徐州模拟 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 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 18 考点一 考点二 考点三 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 19 考点一 考点二 考点三 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 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 答案 解析 20 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 两条摆线应在同一竖直面内 21 考点一 考点二 考点三 考点二数据处理和误差分析例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 22 考点一 考点二 考点三 23 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 24 考点一 考点二 考点三 考点三实验拓展与创新例4如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 25 考点一 考点二 考点三 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 答案 解析 26 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 27 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 28 2 3 1 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 图甲中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 其中刻度尺水平放置 且平行于g r o所在的平面 刻度尺的零点与o点对齐 29 2 3 1 1 碰撞后b球的水平射程应为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 答案 解析 30 2 3 1 2 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 他设计的装置如图甲所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器所用电源频率为50hz 长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力 31 2 3 1 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点间距 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 以上两空选填 ab bc cd 或 de 2 已测得小车a的质量m1 0 4kg 小车b的质量为m2 0 2kg 则碰前两小车的总动量为kg m s 碰后两小车的总动量为kg m s 答案 解析 32 2 3 1 3 利用图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