2017届一轮复习 实验16 验证动量守恒定律 课件（29张）(1).pptx

实验16:验证动量守恒定律,-2-,-3-,知识梳理,一、实验目的1.验证一维碰撞中的动量守恒。2.探究一维弹性碰撞的特点。二、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率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。三、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:斜槽,大小相等、质量不同的小钢球两个,重垂线一条,白纸,复写纸,天平,刻度尺,圆规。,-4-,知识梳理,四、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。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。,-5-,知识梳理,方案二:利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验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,调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。,-6-,知识梳理,3.在地上铺一张白纸,在白纸上铺复写纸。4.在白纸上记下重垂线所指的位置O。5.先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复操作10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P。6.把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从同一高度滚下,使它发生正碰,重复10次,仿步骤5求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。7.过O和N在纸上作一直线。8.用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1OP=m1OM+m2ON,看是否成立。9.整理实验器材放回原处。,-7-,知识梳理,五、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)实验中应注意: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。,-8-,知识梳理,六、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,如气垫导轨是否水平、两球是否等大等。(2)实验是否满足动量守恒的条件。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。,-9-,考点,考点验证动量守恒定律例题如图所示,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,-10-,考点,(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,测出平抛射程OP,然后,把被碰小球m2静置于抛道的水平部分,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。,-11-,考点,-12-,考点,答案:(1)C(2)ADE或DEA或DAE(3)m1OM+m2ON=m1OPm1OM2+m2ON2=m1OP2,-13-,考点,思路引导为什么可以用小球做平抛运动的射程代表小球的速度?如何确定小球的落点位置?验证动量守恒和动能守恒需要知道哪些物理量?规律总结掌握该实验的操作要领和注意事项是实验成功的关键。,提示:小球做平抛运动下落的高度相同,飞行时间相同,而水平射程x=v0t,故可用平抛运动的射程代表小球的速度。,提示:用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是小球的落地点。,提示:相碰的两个小球的质量和碰撞前后的速度。,-14-,考点,拓展训练 (2014全国理综,35(2)现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1=0.310 kg,滑块B的质量m2=0.108 kg,遮光片的宽度d=1.00 cm;打点计时器所用交变电流的频率f=50.0 Hz。,-15-,考点,将光电门固定在滑块B的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为tB=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。,-16-,考点,答案:见解析,-17-,考点,-18-,1,2,3,4,5,1.(多选)在做“碰撞中的动量守恒”实验中,要求()A.斜槽轨道必须是光滑的B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.入射球和被碰球的质量必须相等,大小相同D.入射球每次必须从同一高度由静止滚下,6,答案,解析,-19-,1,2,3,4,5,2.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正确的是()A.释放点越低,小球受阻力越小,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,轨道对小球的阻力越小,6,答案,解析,-20-,1,2,3,4,5,3.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,各小球的落地点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是()A.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下,6,答案,解析,-21-,1,2,3,4,5,4.在实验室里为了验证动量守恒定律,一般采用如图甲、乙所示的两种装置:(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.m1m2,r1r2B.m1m2,r1m2,r1=r2D.m1m2;为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞,要求两小球半径相同。故选项C正确。(2)设入射小球为a,被碰小球为b,a球碰前的速度为v1,a、b相碰后的速度分别为v1、v2。由于两球都从同一高度做平抛运动,当以运动时间为一个计时单位时,可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度。因此,需验证的动量守恒关系m1v1=m1v1+m2v2可表示为m1x1=m1x1+m2x2。所以需要刻度尺、天平,而无需弹簧测力计、停表。由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的,两球的半径不必测量,故无需游标卡尺。,-24-,1,2,3,4,5,5.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50 Hz,长木板下垫着小木块以平衡摩擦力。,6,-25-,1,2,3,4,5,(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点的间距(已标在图上)。A为运动的起点,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。(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车A的质量m1=0.4 kg,小车B的质量m2=0.2 kg,则碰前两小车的总动量为 kgm/s,碰后两小车的总动量为 kgm/s。,6,-26-,1,2,3,4,5,6,答案:(1)BCDE(2)0.4200.417,解析:(1)从分析纸带上的打点情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算小车A的碰前速度。从CD段打点情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段小车运动稳定,故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度。,-27-,1,2,3,4,5,6,-28-,1,2,3,4,5,6.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。如图所示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