高三物理-验证动量定理守恒-课件

第三单元 实验：验证动量守恒定律典例研析类型一：实验原理的考查【例1】某同学设计了一个用打点计时器做“验证碰撞中的不变量”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，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动.他设计的具体装置如图436所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力.图436（1）若已得到打点纸带如图437所示，并测得各计数点间距（标在图上）.A为运动起点，则应该选择_段来计算A碰前的速度，应选择_段来计算A和B碰后的共同速度.（以上空格选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”）.图437（2）已测得小车A的质量m1=0.40 kg，小车B的质量m2=0.20 kg，由以上测量结果可得碰前m1v0=_ kgm/s；碰后（m1+m2）v共=_ kgm/s.由此得出结论_.思路点拨：推动阶段：点迹不均匀；碰前匀速运动阶段：点迹均匀且最大；碰撞阶段：点迹不均匀且由疏变密；碰后匀速运动阶段：点迹均匀且较密.解析：（1）分析纸带上的点迹可以看出，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车具有较大的速度，故BC段能准确地描述小车A碰前的运动情况，应当选择BC段计算小车A碰前的速度，而DE内小车运动稳定，故应选择DE段计算碰后A和B的共同速度.（2）小车A碰撞前的速度 v0=m/s=1.050 m/s小车A在碰撞前：mAv0=0.401.050 kgm/s=0.420 kgm/s碰后A和B的共同速度v共=m/s=0.695 m/s碰撞后A和B：（m1+m2）v共=（0.20+0.40）0.695 kgm/s=0.417 kgm/s结论：在误差许可的范围内，碰撞中mv的矢量和是守恒的.答案：（1）BC DE（2）0.420 0.417 在误差许可的范围内，碰撞中mv的矢量和是守恒的方法技巧：因小车是匀速运动，纸带上应取打点均匀的一段来计算速度，算出碰前小车速度v0及碰后A和B的共同速度v共，再验证碰前动量pA=m1v0与碰后总动量pAB=（m1+m2）v共是否相等.请在此输入您的大标题请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本6最新文档精品文档针对训练11：某同学设计了下面的实验：把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，如图438所示.将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，验证实验得到的结论：碰撞前后物体的mv的矢量和保持不变.图438（1）该同学还必须用的器材是_；（2）需直接测量的数据是_.解析：（1）碰撞前后物体的mv的矢量和保持不变，即0=m1v1+m2v2由于m1和m2分离后做平抛运动，由于高度相同在空中运动的时间t相同.在式两边同时乘以时间t得0=m1v1t+m2v2t即0=m1s1+m2s2用标量的观点得m1s1=m2s2即需要刻度尺、天平.（2）需直接测量的数据是两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离s1、s2.答案：（1）刻度尺、天平 （2）见解析类型二：实验数据测量与处理【例2】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和D的气垫导轨以及滑块A和B来探究碰撞中的不变量，实验装置如图439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mA、mB.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，静止地放置在气垫导轨上.d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.e.按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作.当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.图439（1）实验中还应测量的物理量是_.（2）利用上述测量的实验数据，得出关系式_成立，即可得出碰撞中守恒的量mv的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_.（3）利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式.请在此输入您的大标题请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题点击此处添加标题11最新文档精品文档思路点拨：无论实验装置如何变化，实验的目的始终是测出碰撞前后物体的速度和物体的质量，以验证动量守恒定律，所以应认真读题，根据所给信息进行分析.解析：（1）要测量B的速度必须要先测出B的位移和发生该位移所用时间，故还应测量的物理量为B的右端至D板的距离L2.（2）因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要得出守恒的量是mv的矢量和，需得到的关系式mA =0.给验证带来误差的原因有测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨不水平等造成误差（只要答对其中两点即可）.（3）根据能量守恒定律，A、B两物体运动的动能来源于静止时候压缩弹簧的弹性势能，故根据动能的总和可求弹簧的弹性势能，即Ep=mA +mB .答案：见解析针对训练21：如图4310在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止地放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，则下列说法中正确的有（）A.第一、二次入射小球的落点依次是A、BB.第一、二次入射小球的落点依次是B、AC.第二次入射小球和被碰小球将同时落地D.m1AB=m2OC解析：最远的C点一定是被碰小球的落点，碰后入射小球的速度将减小，因此选B；由于被碰小球是放在斜槽末端的，因此被碰小球飞出后入射小球才可能从斜槽末端飞出，两小球不同时落地；由动量守恒得m1OB=m1OA+m2OC，选D.答案：BD.图4310备选例题备选例题【例题】用气垫导轨研究碰撞，某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平气垫导轨上相碰，用闪光照相机每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄闪光的延续时间很短，可以忽略不计，如图所示.已知A、B之间的质量关系是mB=1.5mA，拍摄进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的3次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10105 cm这段范围内运动（以滑块上的箭头位置为准），试根据闪光照片求：（1）A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少；（2）根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体各自的质量与自己速度的乘积和是不是不变量.解析：由图分析可知（1）碰撞后：由题意得vA=0.从发生碰撞到第二次拍摄照片，A运动的时间是t1=s=0.2 s，由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2=（0.40.2）s=0.2 s，sB=t2vB=0.1 m.由sB+sB=40 cm10 cm=0.3 m.sB=0.2 m.则碰撞前B物体的速度为 vB=m/s=1.0 m/s，（2）碰撞前：mAvA+mBvB=1.5mA，碰撞后：mAvA+mBvB=0.75mA+0.75mA=1.5mA，所以mAvA+mBvB=mAvA+mBvB，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量.答案：（1）0 1.0 m/s 0.75 m/s 0.5 m/s（2）是不变量考点演练考点演练（对应学生用书第304305页）达标提升1.用如图4311所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验：（1）先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为m、M及滑块与桌面间的动摩擦因数，查出当地的重力加速度.（2）用细线将滑块A、B连接，使A、B间的轻弹簧处于压缩状态，滑块B恰好紧靠桌边.（3）剪断细线，测出滑块B做平抛运动的位移x1，滑块A沿桌面滑行距离为x2（未滑出桌面）.为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母_，如果动量守恒，需要满足的关系式为_.图4311解析：弹开后B做平抛运动，为求其弹开后的速度即平抛运动的初速度，必须测量下落高度h.h=gt12，x1=v1t1，v1=x1弹开后B做匀减速运动，由动能定理mgx2=mv22，v2=由动量守恒定律Mv1mv2=0，即Mx1答案：桌面离地高度h Mx12.利用如图4312所示的装置来验证“碰撞中的动量守恒”，实验中：（1）入射小球的质量m1和被撞小球的质量m2的关系应为m1_m2（填“”“=”或“”）.（2）重垂线的作用是_.（3）为减小实验的误差，在确定小球的落地位置时，采用的做法是_.图4312解析：（1）设两球均为弹性球，则m1v1=m1v1+m2v2mv12=m1v12+m2v22v1,v2=v1联立可解得：v1=只有当m1m2时，碰后入射球才会继续前进，而不会返回或停下.（2）确定小球平抛运动的水平位移的起始点.（3）用半径最小的圆将小球的落地位置包围起来，圆心即为小球的平均落地位置.答案：见解析3.为验证“两小球碰撞过程中动量守恒”，某同学用如图4313所示的装置进行了如下的实验操作：（1）先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；（2）将木板向右平移适当的距离，再使小球a从原固定点由静止释放，撞在木板上得到痕迹B；（3）然后把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C.（4）用天平测量a、b两小球的质量分别为ma、mb，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3.图4313根据上述实验，请回答下列问题：本实验中所选用的两小球质量关系为ma_mb（选填“”、“”或“”）；小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果_产生误差（选填“会”或“不会”）；用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为_.解析：题目所给情景是学生实验的变形，结合所学知识并区分题目所记录的是对应相同水平位移的竖直高度.为防止入射球弹回，增大实验误差，入射球的质量要大于被撞球的质量；实验中只要保证入射球每次到槽口时的速度相等即可，故小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力对实验结果不会产生误差.由x=vt，y=gt2可得v=，p=mv=mx/.答案：不会 4.（2009年浙江温州“八校联考”）如图4314所示，A、B两摆摆长分别为L1和L2，摆球质量分别为m1和m2，且m1m2.静止时，两球在悬点正下方刚好接触且球心同高，现将A摆在纸平面内向左拉离平衡位置，使摆线水平，然后释放.当A摆摆到最低点时两球碰撞，碰后A球被反弹，反弹后最大偏角为，B球向右摆动，最大偏角为，则碰撞过程中一定守恒的是（选填“动能”或“动量”），守恒的关系式为_.图4314请在此输入您的大标题A请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本B请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本D请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本24最新文档精品文档解析：由机械能守恒，A球碰前速度v1可由m1v12=m1gL1求得，碰后速度v1由m1v12=m1gL1（1cos）求得，B球碰后速度v2由 m2v22=m2gL2（1cos）求得.根据动量守恒定律m1v1=m1v1+m2v2，代入即可得m1=m1+m2答案：动量 m1=m1+m25.（2009年广东模拟）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和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图4315所示，采用的实验步骤如下：a.松开手的同时，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C、D挡板时计时器结束计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.b.在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置.c.给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平.d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2.图4315（1）实验步骤的顺序是_.（2）实验中还需要的测量仪器是_，还需要测量的物理量是_.（3）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_.（4）实验中弹簧与A或B滑块是连接好还是不连接好？_，理由是_.答案：（1）cbad （2）天平 A、B两滑块的质量M1、M2（3）M1L1/t1=M2L2/t2（4）连接好 可以避免因漏记弹簧的动量而带来较大的实验误差6.（1）“验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图4316（甲）的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图（乙）的方法，两个实验装置的区别在于：悬挂重垂线的位置不同；图（甲）中设计有一个支柱（通过调整，可使两球的球心在同一水平线上，上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下），图（乙）中没有支柱，图（甲）中的入射小球和被撞小球做平抛运动的抛出点分别在通过O、O点的竖直线上，重垂线只确定了O点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是（）图4316A.采用图（甲）的实验装置时，需要测出两小球的直径B.采用图（乙）的实验装置时，需要测出两小球的直径C.为了减小误差，采用图（甲）的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑D.为了减小误差，采用图（乙）的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑（2）采用（1）（乙）图做“碰撞中的动量守恒”实验中：如果某次实验得出小球的落点情况如图4317所示，图中数据单位统一，假设碰撞过程动量守恒，则入射小球质量m1和被碰撞小球质量m2之比m1m2=_.在实验中根据小球的落点情况，若等式=_成立，则证明碰撞中系统的机械能守恒.解析：（1）甲实验装置需验证：m1=m1+m2其中，=2r，故A对；而乙中两小球抛出点均是O点，故不需测量球的直径，B错；（甲）图中小球碰后马上抛出，故不要求斜槽水平部分光滑而（乙）图中入射小球发生碰撞后，需向前进行2r的距离才能抛出，故C错D对.（2）由验证动量守恒的公式m1 =m1 +m2 代入数值得m125.5=m115.5+m240.0解得：根据动量守恒m1=m1+m2根据能量守恒 m1 2=m1 2+m2 2联立得 =+.答案：（1）AD （2）41 +请在此输入您的大标题请输入文本请输入文本文本文本文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本文本A.请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本B.请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本C.请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本D.请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本请输入文本31最新文档精品文档探究创新7.用半径相同的两个小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意如图4318，斜槽与水平槽圆滑连接.实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹.再把B球静置于水平槽前端边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹.记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM=2.68 cm，OP=8.62 cm，ON=11.50 cm，并知A、B两球的质量比为21，则未放B球时A球落地点是记录纸上的_点，系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p的百分误差 =_%（结果保留一位有效数字）.图4318解析：未放B球时A球的落地点是P.用小球的质量和水平位移的乘积代替动量，则有=2%.答案：P 2本章总结网络构建网络构建