新课标2019版高考物理一轮复习 实验7 验证动量守恒定律课件

1、实验,7,验证动量守恒定律,-,2,-,一、实验目的,验证动量守恒定律。,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度,v,、,v,找,出碰撞前的动量,p=m,1,v,1,+m,2,v,2,及碰撞后的动量,p=m,1,v,1,+m,2,v,2,看碰,撞前后动量是否守恒。,三、实验方案、器材、步骤及数据处理,实验方案,1,.,利用气垫导轨完成一维碰撞实验,实验器材,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。,-,3,-,实验步骤,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。

2、,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。,数据处理,1,.,滑块速度的测量,:v= ,式中,x,为滑块挡光片的宽度,(,仪器说明,书上给出,也可直接测量,),t,为数字计时器显示的滑块,(,挡光片,),经过,光电门的时间。,2,.,验证的表达式,:m,1,v,1,+m,2,v,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,?,x,?,t,-,4,-,实验器材,带细线的摆球,(,两套,),、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布,等。,实验步骤,1,.,测质量

3、,:,用天平测出两小球的质量,m,1,、,m,2,。,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,放下时它们相碰。,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。,-,5,-,数据处理,1,.,摆球速度的测量,:v= ,式中,h,为小球释放时,(,或碰撞后摆起,的,),高度,h,可用刻度尺测量,(,也可由量角器和摆长计算出,),。,2,.,验证的表达式,:m,1

4、,v,1,+m,2,v,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,实验方案,3,.,在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验,实验器材,光滑长木板、打点计时器、纸带、小车,(,两个,),、天平、撞针、,橡皮泥、刻度尺。,2gh,-,6,-,实验步骤,1,.,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。,3,.,实验,:,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。,4,.,测速度,:,通过纸带上两计数点间的距离及时间由,

5、v=,算出速度。,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。,?,x,?,t,-,7,-,数据处理,1,.,小车速度的测量,:v= ,式中,x,是纸带上两计数点间的距离,可,用刻度尺测量,t,为小车经过,x,的时间,可由打点间隔算出。,2,.,验证的表达式,:m,1,v,1,+m,2,v,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,实验方案,4,.,利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律,实验器材,斜槽、小球,(,两个,),、天平、复写纸、白纸、刻度尺、圆规等。,?,x,?,t,-,8,-,实验步骤,1,.,测质量,:,用天平测出两小球的质量,并选定质量

6、大的小球为入射,小球。,2,.,安装,:,如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。,3,.,铺纸,:,白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线,所指的位置,O,。,4,.,放球找点,:,不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度,处自由滚下,重复,10,次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈,在里面。圆心,P,就是小球落点的平均位置。,-,9,-,5,.,碰撞找点,:,把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同,一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验,10,次。用步骤,4,的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置,M,和被撞小球落点的平均位置,N,。如图所示。,6

7、,.,验证,:,连接,ON,测量线段,OP,、,OM,、,ON,的长度。将测量数据填,入表中。最后代入,看在误差允许的范围内,是否成立。,7,.,结束,:,整理好实验器材放回原处。,m,1,OP,=m,1,OM,+m,2,ON,数据处理,验证的表达式,:m,1,OP,=m,1,OM,+m,2,ON,-,10,-,四、注意事项,1,.,前提条件,:,碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。,2,.,探究结论,:,寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。,五、误差分析,1,.,系统误差,:,主要来源于装置本身是否符合要求。,(1),碰撞是否为一维。,(2),实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否

8、水平,两球是,否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。,2,.,偶然误差,:,主要来源于质量,m,和速度,v,的测量。,-,11,-,考点一,考点二,考点三,实验原理及操作,例,1,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。,-,12,-,考点一,考点二,考点三,(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,h,B.,小球抛出点距地面的高度,H,C.,小球做平抛运动的射程,-,13,-,考点一,考点二,考点三,(2),图中,O,点是小球抛

9、出点在地面上的垂直投影,实验时先让入射,球,m,1,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,m,2,静置于轨道的水平部分,再将入,射球,m,1,从斜轨上,S,位置静止释放,与小球,m,2,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,m,1,、,m,2,B.,测量小球,m,1,开始释放高度,h,C.,测量抛出点距地面的高度,H,D.,分别找到,m,1,、,m,2,相碰后平均落地点的位置,M,、,N,E.,测量平抛射程,OM,、,ON,-,14,-,考点一,考点二,考点三,(3

10、),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,),。,答案,关闭,(1),小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定,即,v=,?,?,。,而由,H=,1,2,gt,2,知,每次竖直高度相等,平抛时间相等。即,m,1,?,?,=m,1,?,?,+m,2,?,?,;,则可得,m,1,?,=m,1,?,+m,2,?,。故只需测射程,因而选,C,。,(2),由表达式知,在,?,已知时,需测量,m,1,、,m,2,、,?,和,?,故必要步骤,为,A,、,D,、,E,。,(3),若为弹性碰撞同时

11、满足机械能守恒。,1,2,m,1,?,?,2,=,1,2,m,1,?,?,2,+,1,2,m,2,?,?,2,得,m,1,?,2,=m,1,?,2,+m,2,?,2,。,解析,关闭,(1)C,(2)ADE,(3),m,1,?,+m,2,?,=m,1,?,m,1,?,2,+m,2,?,2,=m,1,?,2,-,15,-,考点一,考点二,考点三,例,2,(2016,江苏徐州模拟,),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。我们可以用带竖直挡板,C,、,D,的气垫导轨和滑块,A,、,B,探究碰撞中的不变量,实验

12、装置如图所示,(,弹簧的长度忽略不计,),。,采用的实验步骤如下,:,a.,用天平分别测出滑块,A,、,B,的质量,m,A,、,m,B,;,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,;,-,16,-,考点一,考点二,考点三,d.,用刻度尺测出,A,的左端至挡板,C,的距离,l,1,;,e.,按下电钮放开卡销,同时分别记录滑块,A,、,B,运动时间的计时器,开始工作,当,A,、,B,滑块分别碰撞挡板,C,、,D,时计时结束,记下,A,、,B,分别到达,C,、,D,的运动时间,t,1,和,t,2,。,(1),实验

13、中还应测量的物理量及其符号,是,。,(2),作用前,A,、,B,两滑块质量与速度乘积之和为,;,作用后,A,、,B,两滑块质量与速度乘积之和为,。,(3),作用前、后,A,、,B,两滑块质量与速度乘积之和并不完全相等,产生误差的原因有,(,至少答出两点,),。,-,17,-,考点一,考点二,考点三,解析：,A,、,B,两滑块被压缩的弹簧弹开后,在气垫导轨上运动时,可视为匀速运动,因此只要测出,A,与,C,的距离,l,1,、,B,与,D,的距离,l,2,及,A,到,C,、,B,到,D,的时间,t,1,和,t,2,测出两滑块的质量,就可以探究碰撞中的,不变量。,(1),实验中还应测量的物理量为,B

14、,的右端至挡板,D,的距离,l,2,。,(2),设向左为正方向,根据所测数据求得两滑块的速度分别为,v,A,=,?,1,?,1,v,B,=-,?,2,?,2,。碰前两滑块静止,即,v=,0,质量与速度乘积之和为零,碰,后两滑块的质量与速度乘积之和为,m,A,v,A,+m,B,v,B,=m,A,?,1,?,1,-m,B,?,2,?,2,。,-,18,-,考点一,考点二,考点三,(3),产生误差的原因,:,l,1,、,l,2,、,t,1,、,t,2,、,m,A,、,m,B,的数据测量误差,;,没有考虑弹簧推动滑块的加速过程,;,滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦,力,;,气垫导

15、轨不完全水平。,答案：,(1),B,的右端至挡板,D,的距离,l,2,(2)0,m,A,?,1,?,1,-m,B,?,2,?,2,(3),见解析,-,19,-,考点一,考点二,考点三,规律总结,1,.,若利用斜槽、小球碰撞应注意,:,(1),斜槽末端的切线必须水平。,(2),入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。,(3),选质量较大的小球作为入射小球。,(4),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。,2,.,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。,3,.,若利用摆球进行实验,两小球静止放置时球心应在同一水平线,上,且刚好接触,摆线竖直。

16、将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直,面内。,-,20,-,考点一,考点二,考点三,数据处理和误差分析,例,3,如图甲所示,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。,甲,-,21,-,考点一,考点二,考点三,(1),经测定,m,1,=45.0,g,m,2,=7.5,g,小球落地点的平均位置距,O,点的,距离如图乙所示。碰撞前后,m,1,的动量分别为,p,1,与,p,1,则,p,1,p,1,=,11;,若碰撞结束时,m,2,的动量为,p,2,则,p,1,p,2,=11,。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值,=,。,乙,p,1,p,1,+,p,2,-,

17、22,-,考点一,考点二,考点三,(2),有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件,不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用,(1),中已知的,数据,分析和计算出被碰小球,m,2,平抛运动射程,ON,的最大值为,cm,。,答案,关闭,(1),p,1,=m,1,?,?,p,1,=m,1,?,?,。,联立可得,p,1,p,1,=,?,?,=,44,.,80,35,.,20,=,14,11,。,p,2,=m,2,?,?,则,p,1,p,2,=,?,1,?,?,?,2,?,?,=,11,2,.,9,。,故,?,1,?,1,+,?,2,=,?,1,?,?,1,?,+,?,2,?,=

18、,1,(2),其他条件不变,使,?,最大,则,m,1,、,m,2,发生弹性碰撞,则其动量和能,量均守恒。,m,1,v,0,=m,1,v,1,+m,2,v,2,1,2,m,1,?,0,2,=,1,2,m,1,?,1,2,+,1,2,m,2,?,2,2,可得,v,2,=,2,?,1,?,0,?,1,+,?,2,。,而,v,2,=,?,?,v,0,=,?,?,故,?,=,2,?,1,?,1,+,?,2,?,=,245,.,0,45,.,0+7,.,5,44,.,80 cm,=,76,.,8 cm,解析,关闭,(1)14,2,.,9,1(1,1,.,01,均可,),(2)76,.,8,-,23,-,考

19、点一,考点二,考点三,实验拓展与创新,例,4,如图所示是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球,1,用细线悬,挂于,O,点,O,点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时,调节悬点,使,弹性球,1,静止时恰与立柱上的球,2,右端接触且两球等高。将球,1,拉,到,A,点,并使之静止,同时把球,2,放在立柱上。释放球,1,当它摆到悬,点正下方时与球,2,发生对心碰撞,碰后球,1,向左最远可摆到,B,点,球,2,落到水平地面上的,C,点。测出有关数据即可验证,1,、,2,两球碰撞时,动量守恒。现已测出,A,点离水平桌面的距离为,a,、,B,点离水平桌面,的距离为,b,、,C,点与桌子边沿间的水平距离为,c,。

20、,-,24,-,考点一,考点二,考点三,(1),还需要测量的量是,、,和,。,(2),根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式,为,。,(,忽略小球的大小,),答案,关闭,(1),要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球,1,碰撞前后的高度,a,和,b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再测量弹性球,1,的质量,m,1,就能求出弹性球,1,的动量变化,;,根,据平抛运动的规律只要测出立柱高,h,和桌面离水平地面的高度,h,0,就可以求出弹性球,2,碰撞前后的速度变化,故只要测量弹性球,2,的质,量和立柱高,h,、,桌面离水平地面的高度,H,就能求出弹性球,2,的动量,变

21、化。,(2),根据,(1),的解析可以写出动量守恒的方程,2,m,1,?,-,?,=,2,m,1,?,-,?,+m,2,?,?,0,+,?,。,解析,关闭,(1),弹性球,1,、,2,的质量,m,1,、,m,2,立柱高,h,桌面离水平地面的高度,h,0,(2)2,m,1,?,-,?,=,2,m,1,?,-,?,+m,2,?,?,0,+,?,-,25,-,考点一,考点二,考点三,例,5,在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如图所示的装置进,行如下的实验操作,:,先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和,复写纸,并将该木板竖直立于槽口处。使小球,a,从斜槽上紧靠挡板,处由静止释放,小

22、球撞到木板并在白纸上留下痕迹,O;,将木板向远离槽口平移一段距离,再使小球,a,从斜槽上紧靠挡,板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹,B;,-,26,-,考点一,考点二,考点三,然后把半径相同的小球,b,静止放在斜槽水平末端,小球,a,仍从原,来挡板处由静止释放,与小球,b,相碰后,两球撞在木板上得到痕迹,A,和,C;,用天平测量,a,、,b,的质量分别为,m,a,、,m,b,用刻度尺测量纸上,O,点,到,A,、,B,、,C,三点的竖直距离分别为,y,1,、,y,2,、,y,3,。,(1),小球,a,与小球,b,相碰后,两球撞在木板上得到痕迹,A,和,C,其中小,球,a,撞在木板上的,(,选

23、填“,A”,或“,C”),点。,(2),用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达,式为,(,仅用,m,a,、,m,b,、,y,1,、,y,2,、,y,3,表示,),。,答案,关闭,(1),碰后,v,a,v,b,所以,a,撞在木板上的,C,点。,(2),由,y=,1,2,gt,2,x=v,0,t,解得,v,0,=x,?,2,?,1,?,。,由,m,a,v,a,=m,a,v,a,+m,b,v,b,得,?,?,?,2,=,?,?,?,3,+,?,?,?,1,。,解析,关闭,(1),C,(2),?,?,?,2,=,?,?,?,3,+,?,?,?,1,-,27,-,1,2,3,1,.,某同

24、学用图甲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,图甲中,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,其中刻度尺水平放置,且平行于,G,、,R,、,O,所在的平面,刻度尺的零点与

25、,O,点对齐。,-,28,-,1,2,3,甲,乙,(1),碰撞后,B,球的水平射程应为,cm,。,(2),在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量,?,答,:,(,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,球落点位置到,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,O,点相对于水平槽面的高度,答案,关闭,(2),本次实验必须进行的测量是,:,水平槽上未放,B,球时,测量,A,球落点位置到,O,点的距离,;,A,球与,B,球碰撞后,测

26、量,A,球落点位置到,O,点的距离,;,测量,A,球和,B,球的质量,(,或两球质量之比,);,不需要测量,:,A,球或,B,球的直径,O,点相对于水,平槽面的高度。,解析,关闭,(1)64,.,7,(2)A,、,B,、,D,-,29,-,1,2,3,2,.(2017,贵州遵义模拟,),为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小,球的碰撞是否为弹性碰撞,(,碰撞过程中没有机械能损失,),某同学选,取了两个体积相同、质量不等的小球,按下述步骤做如下实验,:,用天平测出两个小球的质量分别为,m,1,和,m,2,且,m,1,m,2,;,按照上图安装好实验装置。将斜槽,AB,固定在桌边,使槽的末端,点的切线

27、水平,将一斜面,BC,连接在斜槽末端,;,先不放小球,m,2,让小球,m,1,从斜槽顶端,A,处由静止开始滚下,记下,小球在斜面上的落点位置,;,-,30,-,1,2,3,将小球,m,2,放在斜槽前端边缘处,让小球,m,1,仍从斜槽顶端,A,处由静止,开始滚下,使它们发生碰撞,记下小球,m,1,和小球,m,2,在斜面上的落点位置,;,用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点,B,的距离。图中,D,、,E,、,F,点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置,它们到,B,点的,距离分别为,l,D,、,l,E,、,l,F,。,根据该同学的实验,回答下列问题,:,(1),在没有放,m,2,时,让小球,

28、m,1,从斜槽顶端,A,处由静止开始滚下,m,1,的落点,是图中的,点,;,(2),用测得的物理量来表示,只要满足关系,式,则说明碰撞中动量是守恒的,;,(3),用测得的物理量来表示,只要再满足关系,式,则说明两小球的碰撞是弹性碰,撞。,-,31,-,解析,(1),由于发生弹性正碰,且,m,1,m,2,则碰后小球,m,1,的速度比未碰,撞时的速度小,小球,m,2,的速度比未碰撞时小球,m,1,的速度大,因此可,判定小球,m,1,从斜槽顶端,A,处由静止开始滚下,未碰时的落点在图,中的,E,点。,(2),碰撞前,小球,m,1,落在图中的,E,点,设其水平初速度为,v,1,。,小球,m,1,和,m

29、,2,发生碰撞后,小球,m,1,的落点在图中的,D,点,设其水平初速度为,v,1,小球,m,2,的落点是图中的,F,点,设其水平初速度为,v,2,斜面,BC,的,倾角为,由平抛运动规律得,l,D,sin,=,1,2,gt,2,l,D,cos,=v,1,t,解得,-,32,-,v,1,=,?,?,cos,2,?,2sin,?,同理可解得,v,1,=,?,?,cos,2,?,2sin,?,v,2,=,?,?,cos,2,?,2sin,?,所以只要,满足,m,1,v,1,=m,2,v,2,+m,1,v,1,即,m,1,?,?,=m,1,?,?,+m,2,?,?,说明两球碰撞过程,中动量守恒。,(3),若两小球的碰撞是弹性碰撞,则碰撞前后机械能没有损失,满足关系式,1,2,m,1,?,1,2,=