高考物理一轮总复习 实验七：验证动量守恒定律课件.ppt

实验七 验证动量守恒定律 1 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 算出碰撞前的动量p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v1 m2v2 即可验证碰撞前后动量是 否守恒 2 实验方案 实验需测量物体质量和速度 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 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 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 1 质量分别为m1和m2的两小球发生正碰 若碰前m1运动 m2静止 根据动量守恒定律应有m1v1 m1v1 m2v2 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 m1 op m1 om m2 o n 见图s7 1 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质量m1 m2 图s7 1 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时的落地点平均位置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oo 2r 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 o n的长度 把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1 op m1 om m2 o n 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 2 入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下 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m1 m2 且r1 r2 r 跟踪训练 1 如图s7 2所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图 图s7 2 1 若入射小球质量为m1 半径为r1 被碰小球质量为m2 半径为r2 则 c a m1 m2 r1 r2c m1 m2 r1 r2 b m1 m2 r1 r2d m1 m2 r1 r2 2 为完成此实验 以下所提供的测量工具中必需的是 填下列对应的字母 a 直尺c 天平 b 游标卡尺d 秒表 3 设入射小球的质量为m1 被碰小球的质量为m2 p为碰前入射小球落点的平均位置 则关系式 用m1 m2及图中字母表示 成立 即表示碰撞中动量守恒 ac m1 op m1 om m2 on 2 某同学用图s7 3甲中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 实验图中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s7 3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 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 图s7 3 甲 乙 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g点相对水平槽面的高度 答案 1 64 7 2 abd 解析 1 将10个点圈在内的最小圆的圆心作为落点平均位置 可由刻度尺测得碰撞后b球的水平射程为64 7 因最后一位数字为估计值 所以允许误差 0 1 因此64 6和64 8也是正确的 2 从同一高度做平抛运动的物体飞行时间t相同 所以需要测出的量有 不碰时a球的水平射程 碰后a球的水平射程 题型 实验过程的考查和实验结论的应用 例题 2011年北京卷 如图s7 4 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s7 4 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hc 小球做平抛运动的射程 2 图s7 4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 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地点的平均位置距o点的距离如图s7 5所示 碰撞前后m1的动量分别为p1与p1 则p1 p1 11 若碰撞结束时m2的动量为p2 则p1 p2 11 实验结果表明 碰撞前 后总动量的比值 为 p1 p2 p1 图s7 5 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 测量平均落点的位置 找到平抛的水平位移 因此步骤中d e是必须的 而且d先e后 至于用天平测质量先后均可 所以若两球相碰前后的动量守恒 则m1 om m2 on m1 op成立 若碰撞是弹性碰撞 动能守恒 则m1 om2 m2 on2 m1 op2成立 答案 1 c 2 ade或dae或dea 3 m1 om m2 on m1 opm1 om2 m2 on2 m1 op2 4 14 2 9 1 1 01 5 76 80 触类旁通 1 用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律 实验装置如图s7 6所示 斜槽与水平槽圆滑连接 安装好实验装置 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 记下重锤线所指的位置o 接下来的实验步骤如下 图s7 6 步骤1 不放小球2 让小球1从斜槽上a点由静止滚下 并落在地面上 重复多次 用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面 其圆心就是小球落点的平均位置 步骤2 把小球2放在斜槽前端边缘位置b 让小球1从a点由静止滚下 使它们碰撞 重复多次 并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置 步骤3 用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置m p n离o点的距离 即线段om op on的长度 1 对于上述实验操作 下列说法正确的是 a 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下b 斜槽轨道必须光滑c 斜槽轨道末端必须水平d 实验过程中 白纸可以移动 复写纸不能移动e 小球1的质量应大于小球2的质量 2 本实验除需测量线段om op on的长度外 还需要 测量的物理量有 c a a b两点间的高度差h1b b点离地面的高度h2c 小球1和小球2的质量m1 m2 d 小球1和小球2的半径r ace 3 当所测物理量满足表达式 用所测物理量的字母表示 时 即说明两球碰撞遵守动量守恒定律 如果还满足表达式 用所测物理量的字母表示 时 即说明两球碰撞时无机械能损失 图s7 7 m1 op2 m1 om2 m2 on2 m1 op m1 om m2 on 4 完成上述实验后 某实验小组对上述装置进行了改造 如图s7 7所示 在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面 斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接 使小球1仍从斜槽上a点由静止滚下 重复实验步骤1和2的操作 得到两球落在斜面上的平均落点m p n 用刻度尺测量斜面顶点到m p n 三点的距离分别为l1 l2 l3 则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 用所测物理量的字母表示 2 2010年珠海二模 如图s7 8所示 某同学利用半径相同 质量较小的a球和质量较大的b球来探究动量守恒定律 图中qr为水平槽 实验时 他让a球从斜槽上某一固定位置g由静止滚下 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 再把b球放在水平槽末端 让a球仍从位置g由静止滚下 和b球碰撞后 a b球分别在记录纸上留下各自落点的痕迹 重复操作10次 图中的o点是水平槽末端的垂直投影点 用天平称量出两球的质量 用米尺测量出各球落点的平均位置到o点的距离 如下表 图s7 8 1 根据表中的数据分析可得 m点是b球的落点 则n点是a球在 的落点 p点是a球在 的落点