高考物理总复习 4验证动量守恒定律课件 新人教版选修35.ppt

第4单元验证动量守恒定律 一 实验目的在一维碰撞中验证两个物体碰撞前后的动量守恒定律 测出物体的质量m1和m2 碰撞前速度分别为v1 v2 碰撞后的速度分别为v 1 v 2 其中速度均为矢量 速度与我们设定的坐标轴的方向一致 取正值 否则取负值 表达碰撞前的动量p m1v1 m2v2及碰后的动量p m1v 1 m2v 2 看碰撞前后动量是否守恒 二 实验原理方案一 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 重物 弹簧片 细线 螺旋弹簧等 原理图如图所示 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 如图所示 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 如图所示 方案四 斜槽 大小相同质量不等的小球两个 重锤线一条 白纸 复写纸 天平一台 刻度尺 圆轨 三角板 如图所示 三 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 正确安装气垫导轨 用细线将压缩的弹簧放在两静止的滑块中间 3 接通电源 烧断细线 利用配套的光电计时装置测出两滑块各自匀速运动的速度的大小 4 改变滑块的质量 测出烧断细线后匀速运动的速度大小 5 规定向右为正方向 则碰前总动量为0 碰后动量p m1v 1 m2v 2是否为0 以达到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1 用天平测出两小球的质量m1和m2 2 把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 3 一个小球静止 拉起另一个小球 放下时它们相碰 4 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 改变碰撞条件 重复实验 6 验证m1v1 0 m1v 1 m2v 2是否成立 方案三 利用完全非弹性碰撞完成一维碰撞实验1 用天平测出两小车的质量 2 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 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 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 1 先用天平称出小球的质量m1和m2 2 按上图所示安装好实验装置 将斜槽固定在桌边 使槽的末端切线水平 把被碰小球 质量较小的m2 放在斜槽前端的小支柱上 调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度 以确保正碰后的速度方向水平 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 它表示入射球m1开始做平抛运动的位置在白纸上的投影 如图所示 5 先不放被碰小球 让入射球从斜槽上同一高度处滚下 重复10次 6 把被碰小球放在小支柱上 让入射球从斜槽上同一高度处滚下 使它们发生正碰 重复10次 7 用圆规在白纸上画出三个尽可能小的圆 每个圆都把集中在一起的所有小球落点圈在里面 自左至右的三个圆心分别是m p n p点是入射球不碰时的落点的平均位置 m和n分别是碰后m1和m2的落地点的平均位置 例 2011 北京 如图所示 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 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hb 小球抛出点距地面的高度hc 小球做平抛运动的射程 2 图中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 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 解析 1 验证动量守恒定律实验中 即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的 但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度 故c项正确 2 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 测量平均落点的位置 找到平抛运动的水平位移 因此步骤中d e是必须的 而且d要在e之前 至于用天平测质量先后均可以 所以答案是ade或dea或dae 答案 c ade m1 om m2 on m1 opm1 om2 m2 on2 m1 op2 一 实验操作技巧实验条件的保证 碰撞的两物体应保证 水平 和 正碰 具体到各方案的要求 方案一 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 方案二 利用摆球进行实验 两小球静放时球心应在同一水平线上 用等长悬线悬挂后两小球刚好接触 摆线竖直 将小球拉起后 两条摆线应在同一竖直面内 方案三 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 方案四 利用斜槽进行实验1 斜槽末端的切线必须水平 判断是否水平的方法是将小球放在斜槽的平直部分任一位置 若小球均能保持静止 则表明斜槽末端已水平 2 使小支柱与槽口的距离等于小球的直径 若该距离过大 则不是正碰 两球的运动就不是平抛运动 若该距离过小 则两球不同时做平抛运动 同时也影响速度数值的准确性 3 认真调节小支柱的高度 保证两小球做对心碰撞 从而两球皆做平抛运动 4 保证小支柱在碰撞瞬间灵活倒下 以保证入射球与被碰球从碰撞结束时同时做平抛运动 5 入射小球每次都必须从斜槽同一位置由静止释放 6 入射球的质量应大于被碰球的质量 保证入射球不反弹 7 实验过程中确保实验桌 斜槽 记录用白纸的位置要始终保持不变 例1 某同学用图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 图中的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 cm 2 在以下选项中 哪些是本次实验必须进行的测量 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落点位置到o点的距离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点相对于水平槽面的高度 解析 1 用尽可能小的圆将尽可能多的小球的落点圈住 圆心的位置就可以看成是小球的平均落点 该落点的读数为64 7cm 64 2 65 2之间均可 2 a b两球都从o点开始做平抛运动 且两球平抛时间相同 以平抛时间为时间单位 则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度 设a未碰b平抛水平位移为xa a b碰撞后 a b两球的平抛水平位移分别为x a x b 质量分别为ma mb 根据实验的原理知 maxa max a mbx b 所以需要测量的物理量有两个小球的质量和三段平抛的水平距离 答案 1 64 7 64 2 65 2之间均可 2 abd 二 实验误差的来源与分析实验所研究的过程是两个不同质量的小球发生水平正碰 因此 水平 和 正碰 是操作中应尽可能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 静止释放入射小球的释放点越高 两球相碰时内力越大 动量守恒的误差越小 应进行多次碰撞 落点取平均位置 以减小偶然误差 小支柱转动要灵活 必须保证碰撞后小支柱即倒下 以保证两球同时做平抛运动 否则入射球的平抛运动将受到小支柱干扰 从而带来实验误差 例2 创新题 在验证碰撞中的动量守恒实验中 设入射球 被碰球的质量分别为m1 m2 半径分别为r1 r2 为了减小实验误差 下列说法正确的是 a m1 m2 r1 r2b m1 m2 r1 r2c 降低平抛运动的高度 即实验器高度 d 入射小球释放点要适当高一些 解析 因要求对心碰撞 故r1 r2 碰后两球同时做平抛运动 故入射球碰后运动方向不能改变 所以 m1 m2 降低碰撞实验器高度将减少平抛运动的时间 从而减小水平射程 这样做会增大测量的相对误差 入射球释放点位置适当高一些会增大平抛的初速度 从而使水平射程增大 减小测量的偶然误差 答案 bd 学法指导 正确解决该类问题除要深刻理解实验原理以能保证实验顺利完成之外 还应知道产生误差的种类和原因 如本题中的c d选项特意考查了在测量仪器精确度一定的情况下如何减小测量结果的相对误差 误差分析要求能力因素较强 既要会控制实验条件 又要理解实验条件的变化带来实验数值的变化 从而影响实验的误差 有时甚至决定实验的成败 一 利用闪光照相做一维碰撞实验 例1 创新题 a b两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞 碰撞时间极短 用闪光照相 闪光4次摄得的闪光照片如图所示 已知闪光的时间间隔为 t 而闪光本身持续时间极短 在这4次闪光的瞬间 a b两滑块均在0 80cm刻度范围内 且第一次闪光时 滑块a恰好通过x 55cm处 滑块b恰好通过x 70cm处 问 学法指导 本题对学生的抽象思维能力 分析综合能力 推理判断能力要求较高 要首先找到问题的突破口 第一次闪光时a在55cm处 b在70cm处且相向运动 所以容易判断第二次闪光时a已到50cm处 由此可断定碰撞发生在第一次及第二次闪光之间 而四次闪光b只显示两个位置且碰撞发生在第二次闪光之前足可证明碰后b物静止 所以解决该类问题时要积极推理 大胆地猜想 假设 排除 试探以确定符合题目的物理过程 从而使问题得解 二 利用完全非弹性碰撞完成一维碰撞实验 例2 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 推动小车a使之做匀速运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速运动 他设计的装置如图所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 1 若已得到打点纸带如下图所示 a为运动起始的第一点 则应选 段来计算a