高考物理一轮复习 实验十五 验证动量守恒定律专题精讲课件.ppt

核心考点导学 了解 实验目的 验证一维碰撞中的动量守恒 理解 实验原理 在一维碰撞中 测出物体的质量m1 m2和碰撞前后物体的速度v1 v1 v2 v2 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 知道 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球两个 重垂线一条 白纸 复写纸 天平 刻度尺 圆规 三角板 熟习 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 如图所示 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 利用等长悬线悬挂大小相等的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 把两个大小相等的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 方案四 利用斜槽完成一维碰撞实验 1 先用天平测出小球质量m1 m2 2 按如图所示安装好实验装置 将斜槽固定在桌边 使槽的末端点切线水平 3 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 在白纸上记下重垂线所指的位置o 4 先不放被碰小球 让入射球从斜槽上某一高度处滚下 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 圆心就是入射球不碰时的落地点p 5 把被碰小球放在斜槽前端边缘处 让入射小球从同一高度滚下 使它们发生正碰 重复10次 仿照步骤 4 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 过o n在纸上作一直线 警惕 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 细辨 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 两摆球是否等大 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 考向案例研究 例1 2011 北京理综 21 2 如图甲 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 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 图甲中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 若两球相碰前后的动量守恒 其表达式可表示为 用 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 中测量的量表示 经测定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地点的平均位置距o点的距离如图乙所示 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 本实验要验证的是m1 om m2 on m1 op 因此要测量两个小球的质量m1和m2以及它们的水平射程om和on 而要确定水平射程 应先分别确定两个小球落地的平均落点 没有必要测量小球m1开始释放的高度h和抛出点距地面的高度h 故应完成的步骤是ade或dea或dae 总结提升 利用斜槽小球碰撞验证动量守恒的注意事项 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 例2气垫导轨 如图1 工作时 空气从导轨表面的小孔喷出 在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层 使滑块不与导轨表面直接接触 大大减小了滑块运动时的阻力 为了验证动量守恒定律 在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块 每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连 两个打点计时器所用电源的频率均为b 气垫导轨正常工作后 接通两个打点计时器的电源 并让两滑块以不同的速度相向运动 两滑块相碰后粘在一起继续运动 下图2为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分 在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带 用刻度尺分别量出其长度s1 s2和s3 若题中各物理量的单位均为国际单位 那么 碰撞前两滑块的动量大小分别为 两滑块总动量大小为 碰撞后两滑块的总动量大小为 重复上述实验 多做几次 若碰撞前 后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等 则动量守恒定律得到验证 例3某同学设计了一个 用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 设法使小车a做匀速直线运动 然后与原来静止的小车b相碰并粘在一起继续做匀速运动 如图甲所示 在小车a的后面连着纸带 电磁打点计时器的频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 1 若已得到一打点纸带如图乙所示 测得各计数点间的距离并已在图上标出 a为运动起始点 则应选 段来计算碰前a的速度 应选 段来计算碰后a和b的共同速度 2 已测得小车a的质量ma 0 40kg 小车b的质量mb 0 20kg 则由以上结果可得碰前的总动量为 kg m s 碰后的总动量为 kg m s 解析 1 因为小车a与b碰撞前后都做匀速运动 且碰后a与b黏合在一起 其共同速度比a原来的速度小 所以应选点迹分布均匀且点间距较大的bc段来计算碰前a的速度 点迹分布均匀且点间距较小的de段来计算碰后a和b的共同速度 p ma