福建省高中物理第一轮总复习 第14章第3课时 实验：验证动量守恒定律课件鲁科版 新课标.ppt

实验 验证动量守恒定律 第十四章 2 一 实验目的验证碰撞中的动量守恒 二 实验原理如图14 3 1所示 质量分别为m1和m2的a b两个小球发生正碰 若碰前m1入射 m2静止 碰撞后两个小球从水平轨道水平飞出做平抛运动且下落高度相同 则飞行时间相等 若用飞行时间作为单位时间 则小球水平速度在数值上等于小球平抛运动的水平位移 测出小球的质量m1 m2 两球碰撞前后水平运动位移s1 s1 s2 若m1s1 m1s1 m2s2 成立 则可验证动量守恒定律 图14 3 1 三 实验器材斜槽 两个大小相等质量不等的小球 重垂线 白纸 复写纸 天平 刻度尺 圆规 四 实验步骤1 用天平称量两个小球质量m1 m2 2 将斜槽固定在桌边 使斜槽末端切线水平 使小球在轨道水平部分任意位置均能静止 特别提示1 该方法是一种判断斜槽末端切线是否水平的简便方法 3 在水平地面上铺放白纸 白纸上铺放复写纸 用胶带固定 4 在白纸上记下重垂线锤尖所指的位置o 即为小球平抛运动水平位移的起始点 5 先不放被碰小球 取质量较大的m1小球从斜槽上某一固定高度处由静止开始滚下 重复实验十次 用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在圆内 圆心就是入射小球不发生碰撞情况下的平均落地点p 特别提示2 此步骤中的利用圆规确定小球平均落地点的方法在很多实验中可迁移应用 若有个别落点偏离圆圈过远 则说明该落点误差较大 应将该点予以剔除 6 把被碰小球放在斜槽末端 让入射小球从原来固定高度处由静止开始滚下 使它们发生正碰 重复此操作10次 用同样方法确定入射小球平均落点位置m和被碰小球平均落点位置n 7 用刻度尺量出线段长度 和 8 将各测量值代入p m1 p m1 m2 看碰前 碰后系统总动量是否相等 得出结论 确定小球碰撞前后三个落点的位置某同学用如图14 3 2所示的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 o点是水平槽的末端r在记录纸上的竖直投影点 实验时先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止释放 落到铺在水平地面上的记录纸上 留下痕迹 重复上述操作10次 得到10个落点痕迹 设该情况下a落地点记为 号位置 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落点痕迹 同样重复10次 设此情况下a b落地点分别记为 号 号位置 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 则 图14 3 2 1 以上记录的 号 号 号位置分别在 选填 甲 乙 丙 2 若球在甲 乙 丙处落地痕迹如图14 3 3 甲 乙 丙 所示 则未碰撞的a球落下水平射程应为cm 发生碰撞的a b球水平射程应分别为cm cm 图14 3 3 1 设入射小球不发生碰撞情况下飞出速度为v0 入射小球在发生碰撞情况下飞出速度为v1 被碰小球飞出速度为v2 由于v1 v0 v2 三种情况下小球平抛飞行时间相等 得小球平抛运动的水平位移大小关系为v1t v0t v2t 因此甲位置为入射球在发生碰撞情况下在水平地面上的落地点 乙为入射球在不发生碰撞情况下在水平地面上的落地点 丙为被碰球在发生碰撞情况下在水平地面上的落地点 答案 乙 甲 丙 2 用圆规画尽可能小的圆把所有小球落点圈在圆内 圆心即为平均落地点 未碰撞的a球落下水平射程应为45 6cm 45 0 46 2cm范围内 发生碰撞的a b球水平射程应分别为17 2cm 17 0 18 0cm范围内 和64 7cm 64 2 65 2cm范围内 变式训练1 在做验证动量守恒定律实验中 1 某次实验测得小球的落点情况如图14 3 4所示 假设碰撞过程动量守恒 则入射小球的质量m1和被碰小球的质量m2之比m1 m2 2 在实验中 根据小球的落地情况 若等式 成立 则可证明碰撞中系统的动量守恒 图14 3 4 解析 1 若动量守恒 有m1 m1 m2即m1 25 5 m1 15 5 m2 40 0解得m1 m2 4 1 2 由m1 m1 m2得 误差分析在 验证动量守恒定律 的实验中 入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 a 释放点越低 小球所受阻力越小 入射小球速度越小 误差越小 b 释放点越低 两球碰后水平位移越小 水平位移测量的相对误差越小c 释放点越高 两球碰后水平位移越大 水平位移测量的相对误差越小d 释放点越高 入射小球对被碰小球的作用力越大 斜槽对被碰小球阻力越小 入射小球释放点越高 两球相碰时速度越大 相互作用力越大 外力的冲量相对越小 碰撞前后的水平位移越大 测量水平位移的相对误差越小 又斜槽对被碰小球的阻力与碰撞的作用力无关 故a b d均错误 只有c项正确 变式训练2 在 验证动量守恒定律 实验中 下列关于小球落点的说法 正确的是 如果小球每次从同一点无初速度释放 重复几次的落点一定是重合的 由于偶然因素的存在 重复操作时小球落点不重合是正常的 但落点应当比较密集 测定p的位置时 如果重复10次的落点分别是p1 p2 p3 p10 则op应取op1 op2 op3 op10的平均值 即op 用半径尽可能小的圆把p1 p2 p3 p10圈住 这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置pa b c d 解析 虽然小球每次从同一点无初速度释放 但是由于在操作过程中的偶然因素的影响 不会每次都落到同一个点上 否则就没有必要重复10次了 因此 是错误的 是正确的 在实验中寻求落点 是利用半径尽可能小的圆把10个点圈住 这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置p 因此 是错误的 是正确的 答案为d 基础训练 1 在 验证动量守恒定律 实验中 让质量为m1的小球从斜面上某处自由滚下 与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生对心碰撞则实验中必须测量的量是 基础训练 a 小球的质量m1和m2b 小球半径r1和r2c 桌面离地的高度d 小球起始高度e 从两球相碰到两球落地的时间f 小球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 答案 afg 基础训练 2 关于在地面铺纸 下列说法中不正确的是 a 铺纸前应检查地面是否平整 无杂物b 白纸铺在地面后 在整个实验过程中不能移动c 复写纸不需要固定在白纸上 测定p点位置时的复写纸 待到测定m点位置时 可移到m点使用d 在地面上铺纸时 复写纸放下面 白纸放上面 d 基础训练 3 在做验证 碰撞中的动量守恒 实验中 不是实验必须要求的条件是 a 斜槽轨道必须是光滑的b 斜槽轨道末端的切线是水平的c 入射球每次都要从同一高度由静止滚下d 碰撞的瞬间 入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行 a 基础训练 4 图14 3 5所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图 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 a m1 m2 r1 r2b m1 m2 r1m2 r1 r2d m1 m2 r1 r2 图14 3 5 a 基础训练 2 为完成此实验 以下所提供的测量工具中必需的是 a 直尺b 游标卡尺c 天平d 弹簧秤e 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 提升训练 5 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 如图14 3 6所示 我们可以用带竖直挡板c和d的气垫导轨以及滑块a和b来验证动量守恒定律 实验装置如图所示 弹簧的长度忽略不计 采用的实验步骤如下 图14 3 6 提升训练 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c板的距离l1 e 按下电钮放开卡销 同时使记录滑块a b运动时间的计时器开始工作 当a b滑块分别碰撞c d挡板时停止计时 记下a b分别到达c d的运动时间t1和t2 提升训练 1 实验中还应测量的物理量是 2 利用上述测量的实验数据 验证动量守恒定律的表达式是 上式中算得的a b两滑块的动量大小并不完全相等 产生误差的原因是 测量时间 距离等存在误差 由于阻力 气垫导轨不水平等造成误差 只要答对其中两点即可 b的右端至d板的距离l2 提升训练 3 利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小 如能 请写出表达式 如果不能 请说明理由 提升训练 6 碰撞的恢复系数的定义为e 其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度 v1和v2分别是碰撞后物体的速度 弹性碰撞的恢复系数e 1 非弹性碰撞的e 1 某同学借用验证动量守恒定律的实验装置 如图14 3 7所示 验证弹性碰撞的恢复系数是否为1 实验中使用半径相等的钢质小球1和2 它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞 且小球1的质量大于小球2的质量 提升训练 图14 3 7 实验步骤如下 安装好实验装置 做好测量前的准备 并记下重垂线所指的位置o 提升训练 第一步 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 第二步 把小球2放在斜槽前端边缘处c点 让小球1从a点由静止滚下 使它们碰撞 重复多次 并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置 第三步 用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离o点的距离 即线段om op on的长度 提升训练 上述实验中 1 p点是 平均位置 m点是 平均位置 n点是 平均位置 在实