高考物理一轮总复习 专题十三 实验十六 验证动量守恒定律课件 新人教版

实 验 十 六 验 证 动 量 守 恒 定 律 实 验 准 备 实 验 目 的(1)验证一维碰撞中的动量守恒定律(2)探究一维弹性碰撞的特点 实 验 器 材_、大小相等质量不同的小钢球两个、重锤线、白纸、_、天平、刻度尺、_、铅笔等 实 验 原 理在一维碰撞中，测出物体的质量 m1、m2 和碰撞前后物体的速度 v、v2 和 v1、v2，算出碰撞前的动量 pm1v1m2v2及碰撞后的动量 pm1v1m2v2，即可验证碰撞前后动量是否守恒斜槽复写纸圆规 实 验 过 程实 验 步 骤水平高度(1)先用天平测出小钢球的质量 m1、m2.(2)按要求安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使斜槽的末端切线_，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一_，确保碰撞后的速度方向水平复写纸(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放_(4)在白纸上记下重锤线所指的位置 O，它表示入射小球 m 1碰撞前球心的竖直投影位置水平 (5)先不放_，让入射小球从斜槽上_处滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰撞时的落地点平均位置 P.(6)把_放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复 10 次，同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N.被碰小球同一高度被碰小球 (7)过 O、N 在纸上作一直线，取 OO2r，O就是被碰小球碰撞时球心的竖直投影位置(如图 S16-1 所示)图S16-1(8)用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入_，看等式是否成立m 1OPm1OMm2ON(9)整理实验器材放回原处 实 验 分 析 注 意 事 项(1)前提条件：碰撞的两小球应保证“水平”和“正碰”(2)斜槽末端必须水平；入射小球每次都必须从斜槽上同一高度静止滚下；白纸铺好后不能移动；入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即 m1m2，且 r1r2r.误 差 分 析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即碰撞是否为一维碰撞(2)偶然误差：主要来源于质量 m 和平抛的水平距离的测量 【 基 础 检 测 】如图 S16-2 所示为实验室验证动量守恒定律的实验装置示意图图S16-2(1)若入射小球质量为 m 1、半径为 r1，被碰小球质量为 m2、半径为 r2，则( )Am1m2，r1r2 Bm1m2，r1r2Cm1m2，r1r2 Dm1m2，r1r2 (2)(多选)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是( )A刻度尺C天平B游标卡尺D秒表(3)设入射小球的质量为 m1，被碰小球的质量为 m2，P 为碰撞前入射小球落点的平均位置，若关系式_(用m 1、m2 及图中字母表示)成立，则表示碰撞中动量守恒答 案 ： (1)C (2)AC (3)m1OPm1OMm2ON 考 点 实 验 操 作 和 原 理 的 考 查 重 点 归 纳(1)实验常考的操作调节斜槽末端水平：把一小球放在斜槽末端，若小球不滚动，则已经水平入射小球每次都要从同一高度由静止释放，保证碰撞前的速度不变小球平均落点的确定：用一个最小的圆把小球的所有落点圈在一起，这个圆的圆心就是小球的平均落点 (2)实验原理质量分别为 m1 和 m2 的两小球发生正碰，碰前 m1 运动，m2 静止，根据动量守恒定律应有m1v1m1v1m2v2.各小球在同一高度做平抛运动，运动时间相等，则动量守恒时有m1OPm1OMm2ON.(如图 S16-3 所示)图S16-3 典 例 剖 析例 题 ：如图 S16-4 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图S16-4(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_，间接地解决这个问题A小球开始时的释放高度 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_A用天平测量两个小球的质量 m1、m2B测量小球 m1 开始时的释放高度 hC测量抛出点距地面的高度 HD分别找到 m 1、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_；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(4)经测定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距 O 点的距离如图 S16-5 所示碰撞前后 m1 的动量分别为p 1 与 p1，则 p1 p1_ 11；若碰撞结束时 m2 的动量为 p2，则 p1 p211 _.实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值p1p1p2为_ 图S16-5(5)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(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球 m2 平抛运动射程 ON 的最大值为_cm . 解 析 ： (1)在落地高度不变的情况下，水平位移就能反映平抛初速度的大小，所以仅测量小球做平抛运动的射程就能间接测量速度(2)测量平均落点的位置，找到平抛的水平位移，因此步骤中D、E是必须的，而且D 先E后，至于用天平测质量先后均可 答 案 ： (1)C (2)ADE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2 (4)14 2.9 1.01(5)76.80 【 考 点 练 透 】(2014 年全国新课标卷)现利用如图 S16-6 所示的装置验证动量守恒定律在图中，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图S16-6 实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg，滑块 B 的质量 m20.108 kg，遮光片的宽度 d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率 f50.0 Hz.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tB3.500 m s，碰撞前后打出的纸带如图 S16-7 所示图S16-7