【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第十三章 第三单元 第4课时 实验：验证动量守恒定律课件 选修35.ppt

第三单元实验与探究第4课时实验 验证动量守恒定律 选修3 5第十三章碰撞与动量守恒 1 实验目的验证碰撞中的动量守恒定律 2 实验原理 实验装置如右图所示 质量较大的入射球在斜槽上从静止滚下来 跟放在斜槽前边支柱上质量较小的被碰小球发生碰撞后 两球都做平抛运动 由于两球作平抛运动的高度相同 由平抛运动知识可知 各小球在落地前的运动时间相同 若用小球的飞行时间做时间单位 则水平位移在数值上就等于小球飞出的水平速度 所以只要测出两小球的质量m1 m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞行的水平距离 以及两球碰撞后在空中飞出的水平距离代入公式就可验证动量守恒定律 3 实验器材碰撞实验器 斜槽 重锤线 两个半径相等而质量不等的小球 白纸 复写纸 天平和砝码 刻度尺 游标卡尺 选用 圆规 4 实验步骤 1 将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平 2 让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸 3 用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上o点 4 不放被碰小球时 让入射小球10次都从斜槽同一高度由静止开始滚下落在复写纸上 用圆规找出落点的平均位置p点 5 把入射球放在槽口末端露出一半 调节支柱螺柱 使被碰小球与入射球重心等高且接触好 然后让入射球在同一高度滚下与被碰小球碰10次 用圆规找出入射球和被碰小球的平均位置m n 6 用天平测出两个球的质量记入设计好的表格 游标卡尺测出入射球和被碰小球的半径r1和r2 在o 即为被碰小球抛出点投影 用刻度尺测出其长度 记入表内 7 改变入射球的高度 重复上述实验步骤 再做一次 5 注意事项 1 斜槽末端的切线必须水平 2 使小支柱与槽口的距离等于小球直径 3 认真调节小支柱的高度 使两小球碰撞时的球心在同一高度上 4 入射小球每次必须从斜槽同一高度由静止释放 5 入射球质量应大于被碰球的质量 6 实验过程中 实验桌 斜槽 记录纸的位置要始终保持不变 6 误差的主要来源及分析实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰 因此 水平 和 正碰 是操作中应尽量予以满足的前提条件 实验中两球球心高度不在同一水平面上 给实验带来误差 每次静止释放入射小球的释放点越高 两球相碰时作用力就越大 动量守恒的误差就越小 应进行多次实验减小误差 如右图所示 利用在 碰撞验证动量守恒 的实验中 让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下 与静止在支柱上质量为m2的小球发生对心碰撞 1 当两小球都向前飞出时 它们质量的关系应满足 a m1 m2b m1 m2c m1 m2 2 实验必须满足的条件是 a 轨道末端的切线必须是水平的b 斜槽轨道必须光滑c 入射球m1每次必须从同一高度滚下d 入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度 3 实验中必须测量的量是 a 小球的质量m1和m2b 小球半径r1和r2c 桌面离地的高度hd 小球起始高度e 从两球相碰撞到两球落地的时间f 小球m1单独滚下的水平距离g 两小球m1和m2相碰后飞出的水平距离 4 两球作弹性碰撞时 只要存在 就可验证动量守恒定律 5 上述相关水平距离间满足的关系式为 时 即表示碰撞时动能也守恒 解析 1 为防止反弹造成入射球返回斜槽 要求入射球的质量大于被碰球的质量 即m1 m2 故选b 2 为保证两球从同一高度做平抛运动 实验中要求斜槽末端的切线要调成水平 为了保证实验有较好的重复性以减少误差 实验中要求入射球每次从同一高度滚下 为保证两球发生一维正碰 碰撞实验中要求调整装置使两球在碰撞瞬间在同一高度 因实验验证的是碰撞前后动量守恒 故不需要斜槽轨道必须光滑 故选acd 3 本实验必须测量的量是两小球质量m1和m2 半径r1和r2 入射球m1单独滚下的水平距离和两小球m1与m2相碰后飞出的水平距离 因小球脱离轨道口后做的是相同高度的平抛运动 因此两球碰撞后落地的时间相等 两小球水平分运动的时间也相等 故可以利用水平距离的测量代替速度的测量 所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地时间 因验证的是碰撞前后的动量守恒 所以 小球起始高度也不需测量 故选abfg 5 根据 3 的分析和说明 当碰撞时动能也守恒 可列得 由 4 5 解得 答案 1 b 2 acd 3 abfg点评 理解本实验一个重要的环节 就是要对本实验的原理非常清楚 才能明确要什么条件 需要什么仪器 测量什么 题型训练 1 做 用碰撞验证动量守恒 实验中 称得小球质量m1 0 1kg m2 0 05kg 应选择 做入射小球 两小球相碰时 球心在地面的白纸上的投影分别是o和o 碰撞前后两球多次落地点的平均位置为m p n 但n点的位置模糊不清 请你根据动量守恒和下图中的读数判断n点位置应在 刻度线上 解析 必须选择m1为入射小球 根据故n点的位置在35的刻度线上 答案 m135 某同学用如图所示装置通过半径相同质量不同的a b球来探究动量守恒定律 图中cq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球放在水平槽末端处 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点是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点 用天平称出两球质量 用米尺测出各球落点的平均位置到o点的距离 如下表 反常规实验创新题 就是实验结构相同 但实验操作与常规实验有所不同的试题 1 根据表中的数据 分析可得 m点是 的落点 n点是 的落点 p点是 的落点 需指明是 碰撞前 还是 碰撞后 那个球的落点 2 取小球做平抛运动的时间为单位时间 用ma mb和图中字母表示碰撞前的总动量p1 碰撞后的总动量p2 3 将表中数据代入发现p1 p2 填 大于 等于 小于 其主要原因是 解析 1 根据表中数据反映 碰撞时是用质量小的球碰撞质量大的球 这样造成碰撞球碰后反弹回斜槽 根据动量守恒定律的代数式 pa pb pa 由此可推断没有碰撞前a球应落在p点 动量为10 98 29 982 9 碰撞后b球应落在m点 动量为40 39 30 1572 碰撞后a球应落在n点 动量为10 54 85 548 5 2 根据 1 的分析可得碰撞前的总动量p1 ma op 碰撞后的总动量p2 mb om ma on 3 根据 1 的计算可得p1 982 9 小于p2 1023 5 其主要原因是a球碰后反弹回去 在轨道上运动的过程中 克服它受到的摩擦力做功而消耗机械能 当它再次运动到斜槽末端时 速度较刚碰时小 致使mb om ma on比ma op大些 答案 1 碰撞后b球碰撞后a球碰撞前a球 2 ma opmb om ma on 3 小于a球碰后反弹回去 在轨道上运动的过程中 克服它受到的摩擦力做功而消耗机械能 当它再次运动到斜槽末端时 速度较刚碰时小 致使mb om ma on比ma op大些 点评 本题的疑