2020版高考物理一轮复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核实验17探究碰撞中的不变量课件

实验17探究碰撞中的不变量 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 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 橡皮泥等 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 小球 两个 天平 复写纸 白纸等 实验步骤方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 如图1所示 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 图1 4 验证 一维碰撞中的动量守恒 方案二 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 如图2所示 图21 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 放下后它们相碰 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 如图3所示 图31 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 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 两小球静止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 例 某同学用图4甲所示装置通过半径相同的a b两球的碰撞来验证mv的矢量和在碰撞中是守恒的 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 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 其中米尺水平放置 且放置方向平行于g r o所在的平面 米尺的零点与o点对齐 图4 1 碰撞后b球的水平射程应取为cm 2 在以下选项中 哪些是本次实验必须进行的测量 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 b球落点位置到o点的距离c 测量a球和b球的质量 或两球质量之比 d 测量g点相对水平槽面的高度 3 实验中 关于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 两球速度的测量越准确c 释放点越高 两球相碰时 相互作用的内力越大 碰撞前后动量之差越小 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 轨道对被碰小球的阻力越小 解析 1 用圆规画最小的圆把10个落点圈在里面 圆心位置就是小球落点平均位置 2 a b选项测量了两球平抛运动的水平射程 有了水平射程才能表示两球在碰撞前后的速率 而质量是必须测量的 所以必须测量的是a b c 3 入射小球的释放点越高 入射小球碰前速度越大 相碰时内力越大 阻力影响越小 可以较好地满足动量守恒的条件 有利于减小误差 故c正确 答案 1 64 7 64 2 65 2 2 abc 3 c 1 在做 验证动量守恒定律 实验时 入射球a的质量为m1 被碰球b的质量为m2 小球的半径为r 各球的落地点如图5所示 下列关于这个实验的说法正确的是 a 入射球与被碰球最好采用大小相同 质量相等的小球b 让入射球与被碰球连续10次相碰 每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下c 要验证的表达式是m1 on m1 om m2 opd 要验证的表达式是m1 op m1 om m2 on 图5 解析在此装置中 应使入射球的质量大于被碰球的质量 防止入射球反弹或静止 故a错误 入射球每次必须从斜槽的同一位置由静止滚下 保证每次碰撞都具有相同的初动量 故b错误 两球做平抛运动时都具有相同的起点 故应验证的关系式为 m1op m1 om m2 on d正确 c错误 答案d 2 2018 11月浙江选考 小明做 探究碰撞中的不变量 实验的装置如图6所示 悬挂在o点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球a组成 小球a与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球b发生对心碰撞 碰撞后小球a继续摆动 小球b做平抛运动 图6 1 小明用游标卡尺测小球a直径如图7所示 则d mm 又测得了小球a质量m1 细线长度l 碰撞前小球a拉起的角度 和碰撞后小球b做平抛运动的水平位移x 竖直下落高度h 为完成实验 还需要测量的物理量有 图7 2 若a b两球碰后粘在一起形成新单摆 其周期 选填 小于 等于 或 大于 粘合前单摆的周期 摆角小于5 答案 1 14 40小球b的质量m2 碰撞后a球摆动的最大摆角 2 等于 3 2018 湖州模拟 某同学用如图8所示装置验证动量守恒定律 用轻质细线将小球1悬挂于o点 使小球1的球心到悬点o的距离为l 被碰小球2放在光滑的水平台面上 将小球1从右方的a点 oa与竖直方向的夹角为 由静止释放 摆到最低点时恰与小球2发生正碰 碰撞后 小球1继续向左运动到c位置 小球2落到水平地面上到台面边缘水平距离为s的d点 图8 1 实验中已经测得上述物理量中的 l s 为了验证两球碰撞过程动量守恒 还应该测量的物理量有 2 请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球1 小球2的动量p1 p1 p2 p2 解析根据机械能守恒定律计算碰前和碰后小球1的速度 根据平抛运动规律计算碰后小球2的速度 最后根据p mv计算各个动量值 4 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9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 图9 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点间距 标在图上 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 选填 ab 或 bc 或 cd 或 de 2 已测得小车a的质量ma 0 4kg 小车b的质量为mb 0 2kg 由以上测量结果可得 碰前mava kg m s 碰后 ma mb v共 kg m s 由此得出的结论是 本题计算结果均保留三位有效数字 解析 1 小车碰前做匀速直线运动 打出纸带上的点应该是间距均匀的 故计算小车碰前的速度应选bc段 cd段上所打的点由稀变密 可见在cd段a b两小车相互碰撞 a b碰撞后一起做匀速直线运动 所以打出的点又是间距均匀的 故应选de段计算