2022届新教材高考物理一轮复习第六章动量守恒定律实验8验证动量守恒定律课件新人教版

1、实验实验8 8验证动量守恒定律验证动量守恒定律第六章第六章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊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位置由静止释放;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。【基础自测】 (新教材人教版选择性必修第一册p19习题改编)如图甲所示,长木板的一端垫有小木块,可以微调木板的倾斜程度,以平衡摩擦力,使小车能在木板上做匀速直线运动。小车a前端贴

2、有橡皮泥,后端连一打点计时器纸带,接通打点计时器电源后,让小车a以某速度做匀速直线运动,与置于木板上静止的小车b相碰并粘在一起,继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为50 hz,得到的纸带如图乙所示,已将各计数点之间的距离标在图上。已测得小车a(包括橡皮泥)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大小为 0.420 kgms-1,碰后两小车的总动量大小为 0.417 kgms-1。(计算结果均保留三位有效数字) 解析 打点计时器所接电源频率为50 hz,相邻两计时点之间的时间间隔t=0.02 s,用bc段求小车a碰撞前的速度为 m/s=1.050 m/s

3、,用de段求小车a和b碰后的共同速度 m/s=0.695 m/s,碰前两小车的总动量大小为p1=m1v0=0.41.050 kgms-1=0.420 kgms-1,碰后两小车的总动量大小为p2=(m1+m2)v=(0.4+0.2)0.695 kgms-1=0.417 kgms-1。关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一教材原型实验教材原型实验【典例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。(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 c(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.

4、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的投影,实验时先让入射球m1多次从斜轨上q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q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 ade。(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 m1om+m2on=m1op

5、(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 m1(om)2+m2(on)2=m1(op)2(用(2)中测量的量表示)。 (2)由表达式知,在op已知时,需测量m1、m2、om和on,故必要步骤为a、d、e。思维点拨 验证动量守恒定律实验中,质量可测而测量瞬时速度较难。因此采用了落地高度不变的情况下,水平射程来反映平抛的初速度大小,所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度。过程中小球释放高度不需要测量,小球抛出高度也不要求测量。最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒。【典例2】 (2020山东模拟)某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证动量

6、守恒定律实验中,用到两个相同的光电门1和2及质量分别为400 g、200 g的滑块a和b,两滑块上分别固定有宽度相同的长方形遮光片。部分实验操作如下:(1)用精度为0.02 mm的游标卡尺测量遮光片的宽度,示数如图甲所示,其读数为 2.002 cm。某次测量中,数字计时器记录的遮光片通过光电门的时间为40.0 ms,则滑块的速度大小为 0.501 m/s。(结果保留3位有效数字) 甲 (2)研究两个滑块的弹性碰撞,实验中给某个静止滑块适当的初速度,使其从左向右运动,与另一静止的滑块发生弹性碰撞,碰后两滑块的速度方向相同。据此判断,实验开始时,气垫导轨上放置的器材1、器材2、器材3、器材4(如图

7、乙所示)从左到右依次应为 c。 a.光电门1、滑块a、滑块b、光电门2b.光电门1、滑块b、滑块a、光电门2c.滑块a、光电门1、滑块b、光电门2d.滑块b、光电门1、滑块a、光电门2乙(3)研究两个滑块的完全非弹性碰撞,实验中两个滑块碰撞后粘在一起,从左向右先后通过某一光电门。测得先通过该光电门的遮光片速度大小为0.309 m/s,后通过该光电门的另一遮光片速度大小为0.311 m/s。若上述速度大小的差别由单一因素引起,该因素可能是 a或 d。 a.遮光片倾斜b.空气阻力c.气垫导轨不水平,左低右高d.气垫导轨不水平,左高右低解析 (1)游标卡尺的主尺读数为2 cm,游标读数为0.021

8、mm=0.002 cm,则最终读数为2.002 cm;滑块的速度大小为 m/s=0.501 m/s。(2)为了能测量运动滑块碰前的速度,则运动滑块应在光电门1的左边,同理,为了能测量碰后两滑块的速度,则另一静止的滑块应在光电门2的左侧,又因为碰后两滑块的速度方向相同,故从左到右依次应为滑块a、光电门1、滑块b、光电门2,故选c。(3)若遮光片倾斜,则滑块通过光电门的速度可能变大,故a正确;由于空气阻力作用,运动过程中有部分机械能转化为内能,则后通过该光电门的另一遮光片速度更小,故b错误;气垫导轨不水平,左低右高,滑块运动过程中要克服重力做功,则后通过该光电门的另一遮光片速度更小,故c错误;气垫

9、导轨不水平,左高右低,滑块运动过程中重力做正功,重力势能转化为动能,则后通过该光电门的另一遮光片速度大,故d正确。方法技巧 本题解题的关键是根据“一动一静”模型中,两物体发生弹性正碰,只有质量大的撞质量小的,碰后两物体才朝着同一方向运动。考点二考点二实验的改进与创新实验的改进与创新【典例3】 (2020山东日照月考)某学习小组为了验证碰撞中的动量守恒,设计了如下方案:如图所示,斜面与水平桌面平滑连接,先将质量为m1的小滑块a从斜面上某位置由静止释放,测量出滑块在水平桌面滑行的距离x;接着将质量为m2、相同材料的小滑块b放在斜面底端的水平轨道上,再让a从斜面上同一位置由静止释放,a与b碰撞后,测

10、量出各自沿桌面滑行的距离x1、x2,实验中m1m2。(3)滑块与桌面的动摩擦因数相同,滑块在桌面上做匀减速直线运动且末速度为零,若桌面右侧略低,两滑块在桌面上运动时的加速度仍相等,设加速度为a,则物体在桌面上做减速运动的初速度分别为 ,仍可以验证动量守恒,故a正确,b错误;两次从斜面上由静止释放a时不是同一位置,a到达水平桌面时的初速度不同,系统初状态的动量不同,无法验证动量守恒,故c错误,d正确。素养微点在验证动量守恒定律的实验中,核心问题是如何测量碰撞前后的瞬时速度,在实验设计时,可以根据学过的知识进行测量,如可以利用平抛运动,或自由落体,或圆周运动,或动能定理等进行等效代换。本题就是利用

11、了动能定理。【典例4】 (2020湖北武汉6月模拟)某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下:(1)用游标卡尺测量小球a、b的直径d,其示数均如图乙所示,则直径d= 22.0mm,用天平测得小球a、b的质量分别为m1、m2。 (2)用两条细线分别将小球a、b悬挂于同一水平高度,且自然下垂时两球恰好相切,球心位于同一水平线上。解析 (1)直径d=2.2 cm+0.10=2.20 cm=22.0 mm对应演练对应演练 迁移应用迁移应用1.(2020浙江名校联盟第一次联考)如图所示,用“碰撞实验器”可以探究碰撞中的不变量。实验时先让质量为m1的入射小球从斜槽轨道上某一固

12、定位置s由静止开始滚下,从轨道末端o点水平抛出,落到与轨道o点连接的倾角为的斜面上。再把质量为m2的被碰小球放在斜槽轨道末端o点,让入射小球仍从位置s由静止滚下,与被碰小球碰撞后,分别与斜面碰撞留下各自的落点痕迹。m、p、n为三个落点的位置。(不考虑小球在斜面上的多次碰撞)(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 c,间接地解决这个问题。 a.小球开始释放高度hb.斜面的倾角c.o点与各落点的距离(2)(多选)以下提供的测量工具中,本实验必须使用的是 ab。 a.刻度尺 b.天平 c.量角器 d.秒表(3)关于本实验,下列说法正确的是 b。 a.斜槽轨道必须光滑

13、b.斜槽轨道末端必须水平c.为保证入射球碰后沿原方向运动,应满足入射球的质量m1等于被碰球的质量m2(4)在实验误差允许范围内,若满足关系式 b,则可以认为两球碰撞前后总动量守恒。 若碰撞是弹性碰撞,以上物理量还满足的表达式为 m1op=m1om+m2on。 (2)实验中必须要测量落点到o点的距离,则需要刻度尺,需要测量小球的质量,故选a、b。(3)斜槽轨道没必要必须光滑,只要到达底端的速度相同即可,故a错误;斜槽轨道末端必须水平,以保证小球做平抛运动,故b正确;为保证入射球碰后沿原方向运动,应满足入射球的质量m1大于被碰球的质量m2,故c错误。2.(2020河北衡水二模)某同学用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律,该装置由水平长木板及固定在木板一端的硬币发射器组成,硬币发射器包括支架、弹片及弹片释放装置,释放弹片可将硬币以某一初速度弹出。已知一元硬币和五角硬币与长木板间动摩擦因数相同,主要实验步骤如下:将一元硬币置于发射槽口,释放弹片将硬币发射出去,硬币沿着长木板中心线运动,在长木板中心线的适当位置取一点o,测出硬币停止滑动时硬币右侧到o点的距离。再从同