7.5+实验八：验证动量守恒定律+课件+-2027届高考物理一轮复习

第36课时实验八:验证动量守恒定律学习目标:1.理解动量守恒定律成立的条件,会利用不同案例验证动量守恒定律。2.知道在不同实验案例中要测量的物理量,会进行数据处理及误差分析。一、实验原理在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1'、v2',算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前、后动量是否相等。二、实验方案及实验过程案例一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.实验器材气垫导轨、数字计时器、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。2.实验过程(1)测质量:用天平测出滑块的质量。(2)安装:正确安装好气垫导轨,如图所示。(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。(4)改变条件,重复实验:①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向。(5)验证:一维碰撞中的动量守恒。

案例二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1.实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等。2.实验过程(1)测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)安装:按照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,记下铅垂线所指的位置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。(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[同步骤(4)中的高度]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)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m1·OP=m1·OM+m2·ON,看在误差允许的范围内是否成立。(7)整理:将实验器材放回原处。3.数据处理验证表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。命题分析1.考原理:几种不同方案验证。2.考计算:求速度、求平均位置等。3.考创新:原理器材等创新,如验证动量定理等。注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.案例提醒(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证: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。误差分析1.系统误差(1)碰撞是否为一维(即正碰),为此两球应等大,且速度沿球心连线方向。(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大。2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。考点一教材原型实验典例1

某同学用如图甲所示的实验装置来验证动量守恒定律,实验中先让小球a从斜槽轨道上某点由静止滚下落在水平地面上,反复多次试验记录落点位置。然后再将小球b放在斜槽末端,让小球a从斜槽上由静止滚下与小球b相碰后两球分别落在水平地面上,反复多次实验记录落点位置。已知斜槽末端的竖直高度H=45.00cm,ma=0.2kg,mb=0.1kg,重力加速度g取10m/s2,空气阻力不计,小球落地点距离O点(斜槽末端正下方)的距离如乙图所示。回答下列问题:(1)关于该实验不必要的条件是

。

A.斜槽末端必须保持水平B.a、b两球的半径必须相等C.a、b两球的密度必须相等D.a球每次下落的起点位置必须相同(2)本实验探究水平动量守恒的表达式可以表示为

(用ma、mb、OA、OB、OC表示)。

Cma·OB=ma·OA+mb·OC

0.16kg·m/s守恒包含落点的小圆圆心典例2

小明用气垫导轨验证两个滑块碰撞中的动量守恒,实验装置如图甲所示,滑块A的质量为m,滑块B的质量为M=330g,上方各安装有一个宽为d的遮光片。滑块A每次以相同的速度u向静止的滑块B运动,碰撞后粘为一体通过光电门,计时器记录遮光片经过光电门的时间Δt,通过改变B上砝码的质量m'进行多次实验。(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图所示,d=

cm。

(2)碰撞后滑块B的速度v的表达式是

(用题中相关字母表示)。

1.140

(3)小明多次实验后得到的实验数据如表所示:

实验次数(M+m')/gv/(10-2m·s-1)/(102s·m-1)13804.420.22624803.920.25535803.400.29446802.600.38558302.580.38869302.330.429(4)若碰撞过程动量守恒,则(3)问中所作出图线的斜率应为

(用题中相关字母表示)。由图线可求得滑块A的初速度v=

m/s(结果保留两位有效数字)。

(5)在其他条件不变的情况下,小华同学所用滑块B的质量为300g,进行上述实验,则他最终得到的图线可能是如图丙中的

(图中②为小明实验得到的图线,图线②④平行)。

0.13②考点二拓展创新实验创新角度实验装置、创新解读实验原理的创新

1.利用斜面上的平抛运动获得两球碰后的速度。2.利用对比性实验,体现了实验的多样性和创新性创新角度实验装置、创新解读实验器材的创新1.利用气垫导轨代替长木板,利用光电门代替打点计时器,提高实验的精确度。2.利用相对误差评价实验结果1.利用铝质导轨研究完全非弹性碰撞。2.利用闪光照相机记录立方体滑块碰撞前后的运动规律,从而确定滑块碰撞前后的速度创新角度实验装置、创新解读实验过程的创新

1.用压缩弹簧的方式使两滑块获得速度,可使两滑块的合动量为零。2.利用v=的方式获得滑块弹离时的速度。3.根据能量守恒定律测定弹簧的弹性势能典例3

某校同学们分组进行碰撞的实验研究。(1)第一组利用气垫导轨通过频闪照相进行探究碰撞中的不变量这一实验,甲图两滑块分别装有弹性圈,乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的

(选填“甲”或“乙”)。

甲

乙

甲(2)第二组同学用如图所示的实验装置“验证动量守恒定律”。a、b是两个半径相等的小球,按照以下步骤进行操作:①在平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于紧靠槽口处,将小球a从斜槽轨道上固定点处静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;②将木板水平向右移动一定距离并固定,再将小球a从固定点处由静止释放,撞到木板上得到痕迹B;③把小球b静止放在斜槽轨道水平末端,让小球a仍从固定点处由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C。Ⅰ.若碰撞过程中没有机械能损失,为了保证在碰撞过程中a球不反弹,a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1

(选填“>”“=”或“<”)m2。

Ⅱ.为完成本实验,必须测量的物理量有

。

A.小球a开始释放的高度hB.木板水平向右移动的距离lC.a球和b球的质量m1、m2D.O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3Ⅲ.在实验误差允许的范围内,若碰撞过程动量守恒,其关系式应为

。>CD

(3)第三组利用频闪照片法去研究。某次实验时碰撞前B滑块静止,A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞,利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的照片如图所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T,在这4次闪光的过程中,A、B两滑块均在0到80cm的范围内,且第1次闪光时,滑块A恰好位于x=10cm处,若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短,均可忽略不计,则A、B两滑块质量比mA∶mB=

。

2∶3典例4

(2021江苏卷)小明利用如图所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上,用天平测出遮光条和滑块的总质量M=200.0g,槽码和挂钩的总质量m=50.0g。实验时,将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放,数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间Δt1和Δt2,以及这两次开始遮光的时间间隔Δt,用游标卡尺测出遮光条宽度,计算出滑块经过两光电门速度的变化量Δv。(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图所示,其宽度d=

mm。

(2)打开气泵,待气流稳定后调节气垫导轨,直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止,其目的是

。

10.20将气垫导轨调至水平(3)多次改变光电门2的位置进行测量,得到Δt和Δv的数据如下表。请根据表中数据,在方格纸上作出Δv-Δt图线。Δt/s0.7210.7900.8540.9130.968Δv