资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节实验,:,探究碰撞中的不变量,-,3,-,基础夯实,自我诊断,一、实验目的,探究碰撞中的不变量,并在探究过程中进一步体验探究的过程和方法。,二、实验原理,在一维碰撞中,测出物体的质量和碰撞前后的速度,探究碰撞中的不变量,。,-,4,-,基础夯实,自我诊断,如图甲所示,质量较大的,A,球从斜槽上滚下,与放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的,B,球发生碰撞,碰撞后各自做平抛运动。由于两球下落的高度相同,故它们的运动时间相等,用,小球飞行时间,作时间单位,则小球飞出时的水平速度在数值上就可用,它飞行的水平距离,代替。因此,只要测出两小球的质量,m,1,、,m,2,和不放被碰小球时入射小球在空中飞行,的,水平距离,以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞行,的,水平距离,进而探究碰撞中的不变量。,甲,-,5,-,基础夯实,自我诊断,三、实验器材,斜槽,重垂线,大小相等而质量不等的小球两个,白纸,复写纸,刻度尺,圆规,三角板,天平,游标卡尺。,四、实验步骤,1,.,测质量与直径,:,用天平测出两个小球的质量,m,1,、,m,2,(,m,1,m,2,),用游标卡尺测出小球直径,D,并选定质量大的小球为,入射小球,。,2,.,安装,:,安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,并使,斜槽末端的,切线,水平,调节小支柱的高度,使入射小球与被碰小球在同一高度。,3,.,铺纸,:,在水平地面上铺上白纸,且在白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指位置,O,。,-,6,-,基础夯实,自我诊断,4,.,放球找点,:,不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由落下,重复,10,次,用,尽可能小的圆,把所有的小球落点圈在里面,圆心,P,就是入射小球不碰时的落点。,5,.,碰撞找点,:,把被碰小球放在小支柱上,让入射小球,从同一高度,自由,滚,下,重复,10,次。用步骤,(4),方法,将碰后两球的落点位置,M,、,N,标出,如图乙所示。,乙,-,7,-,基础夯实,自我诊断,五、注意事项,1,.,实验中必须保持斜槽末端切线水平。,2,.,小球每次必须从同一高度,无初速度滑下,并且要高度适当,使其以适当的水平速度运动,从而减小误差。,3,.,入射球应选质量大的,被碰球应选质量小的。,4,.,测两球各段水平距离时,要明确各自球心的对应点。,5,.,如果装置没有小支柱,如图丙,验证表达式,为,丙,丁,-,8,-,基础夯实,自我诊断,六、误差分析,1,.,难以做到准确正碰。,2,.,斜槽末端若不水平,得不到准确的平抛运动。,3,.O,、,P,、,M,、,N,各点定位不准确,测量和作图有偏差。,-,9,-,基础夯实,自我诊断,1,2,自我诊断,1,.,(2016,金华浦江月考,),某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验,:,在小车,A,的前端粘有橡皮泥,推动小车,A,使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车,B,相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动,如图甲所示。在小车,A,后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为,50 Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。,-,10,-,基础夯实,自我诊断,1,2,(1),若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距,(,已标在图上,),。,A,为运动的起点,则应选,BC,段来计算,A,碰前的速度。应选,DE,段来计算,A,和,B,碰后的共同速度。,(,均选填,“,AB,”“,BC,”“,CD,”,或,“,DE,”),(2),已测得小车,A,的质量,m,1,=,0,.,4 kg,小车,B,的质量为,m,2,=,0,.,2 kg,则碰前两小车的总动量为,0,.,420,kgm/s,碰后两小车的总动量为,0,.,417,kgm/s,。,-,11,-,基础夯实,自我诊断,1,2,解析,:,(1),从纸带上打点的情况看,BC,段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此,BC,段能较准确地描述小车,A,在碰撞前的运动情况,所以应选用,BC,段计算小车,A,碰前的速度。从,CD,段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在,DE,段内小车运动稳定,故应选用,DE,段计算,A,和,B,碰后的共同速度,。,-,12,-,基础夯实,自我诊断,1,2,-,13,-,基础夯实,自我诊断,1,2,2,.,如图甲所示,某同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,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,无初速滚下,落到铺于水平地面的记录纸上,留下痕迹,重复上述操作,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,无初速滚下,和,B,球碰撞后,两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,O,点对齐。,-,14,-,基础夯实,自我诊断,1,2,(1),碰撞后,B,球的水平射程应为,64,.,7(,从,64,.,2,cm,到,65,.,2,cm,都正确,),cm,。,(2)(,多选题,),在下列选项中,哪些是本次实验必须进行的测量,ABD,。,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,球直径,D.,测量,A,球或,B,球的质量,(,或两球质量之比,),E.,测量,G,点相对于水平槽面的高度,-,15,-,考点一,考点二,考点三,题组突破,某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将,a,球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下,在水平地面上的记录纸上留下压痕,重复,10,次,;,再把同样大小的,b,球放在斜槽轨道末水平段的最右端上,让,a,球仍从固定点由静止开始滚下,和,b,球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复,10,次。,(1)(,多选题,),本实验必须测量的物理量有,BE,。,A.,斜槽轨道末端距水平地面的高度,H,B.,小球,a,、,b,的质量,m,a,、,m,b,C.,小球,a,、,b,的半径,r,D.,小球,a,、,b,离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间,t,E.,记录纸上,O,点到,A,、,B,、,C,各点的,距离,F.,a,球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差,h,-,16,-,考点一,考点二,考点三,(2),放上被碰小球,b,两球,(,m,a,m,b,),相碰后,小球,a,、,b,的落地点依次是图中水平面上的,A,点和,C,点。,(3),某同学在做实验时,测量了过程中的各个物理量,利用上述数据验证碰撞中的动量守恒,那么判断的依据是,看,在,误差允许范围内是否相等。,-,17,-,考点一,考点二,考点三,解析,:,(1),B,点是不发生碰撞时,a,球的落地点,A,点是发生碰撞后,a,球的落地点,C,点是碰后,b,球的落地点。设小球,a,运动到轨道末端时的速度大小为,v,0,与球,b,发生碰撞后的瞬时速度大小为,v,a,碰后,b,球的速度大小为,v,b,本实验就是要验证关系式,m,a,v,0,=m,a,v,a,+m,b,v,b,是否成立。因为小球做平抛运动的高度相同,下落时间相同,它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比,所以本实验也可以,通过,是否,成立进行验证,B,、,E,正确。,(2),两球碰撞后,a,球在水平方向上的分速度较小,下落时间相同,落地时的水平位移也较小,由于,m,b,m,a,a,、,b,相碰后,b,球可以获得较大水平速度,所以小球,a,、,b,的落地点依次是题图中水平面上的,A,点和,C,点。,(3),根据,(1),的分析,本次实验判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是,看,在,误差允许范围内是否相等。,-,18,-,考点一,考点二,考点三,1,.,方案一,:,用气垫导轨探究动量守恒定律,【实验原理】,(1),碰撞过程中的动量守恒,用天平测出两个物体的质量,m,1,、,m,2,然后分别测出这两个物体在光滑水平面上相互作用前的速度,v,1,、,v,2,测出相互作用后的速度,v,1,、,v,2,最后比较,m,1,v,1,+m,2,v,2,与,m,1,v,1,+m,2,v,2,的值是否相等,如果相等,就验证了动量守恒定律。,-,19,-,考点一,考点二,考点三,(2),气垫导轨的工作原理,气垫导轨装置如图,1,所示,由导轨、滑块、挡光条、光电门等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,压缩空气会从小孔中喷出,使滑块稳定地漂浮在导轨上,(,图,2),这样就大大减小了由于摩擦引起的误差。,-,20,-,考点一,考点二,考点三,用数字计时器测量滑块通过光电门的时间,从而计算滑块通过光电门时的速度。,J0201,-,1,型数字计时器的控制面板如图,3,所示,。,图,3,图,4,将,工作选择开关置于,S,1,挡。测量时,在滑块上插上一块挡光条,如图,4,所示,挡光条前沿经过光电门时开始计时,后沿经过光电门时计时停止,计时器上显示的就是滑块发生位移,L,所用的时间,。,-,21,-,考点一,考点二,考点三,【实验器材】,气垫导轨、空气压缩机,(,气泵,),、滑块,(,两只,),、砝码、天平、光电门、游标卡尺。,【实验步骤】,(1),安装气垫导轨及光电计时器,把气垫导轨放在桌面上,接上空气压缩机,在轨道上相距约,50,cm,的地方安装两个光电门,并与光电计时器相连。,用游标卡尺测两个宽度相同的挡光片的宽度,L,。,将挡光片插在滑块上,用天平测量它们的质量,m,1,、,m,2,。,打开气源开关,给导轨供气,将其中一个滑块放在导轨上,轻推滑块,注意观察两个光电计时器的示数。调整导轨下面的支脚,当滑块分别经过两计时器,计时器示数相等时,表示轨道已调至水平。,-,22,-,考点一,考点二,考点三,(2),探究的三种情况,弹簧片弹开两个静止的,物体,图,5,用细线将弹簧片拉成弓形,放置于质量不等的两个滑块之间,如图,5,所示,两滑块置于光电门之间并使它们静止。然后烧断细线,弹簧片弹开,两个滑块随即向相反方向运动。读出滑块上的挡光条通过光电门的时间,t,1,、,t,2,利用,分别,计算两滑块的速度,v,1,、,v,2,选取,m,1,的运动方向为正,计算,p,1,+p,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,是否为零,或在实验误差允许范围内是否可以认为是零,如果为零,则说明两滑块碰撞前后动量是守恒的。,-,23,-,考点一,考点二,考点三,能量损失最小时的,碰撞,图,6,在滑块的碰撞端装上有橡皮筋的弹性碰撞架,如图,6,所示。将两滑块从两端开始运动,迎面相碰撞,分别读出两滑块碰撞前后通过光电门的时间,t,1,、,t,2,和,t,1,、,t,2,利用,分别,计算出碰撞前后的速度、动量,比较,p,1,+p,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,与,p,1,+p,2,=m,1,v,1,+m,2,v,2,在实验误差范围内数值是否相等,如果相等,则得出两滑块碰撞前后动量是守恒的。,-,24,-,考点一,考点二,考点三,能量损失很大时的,碰撞,图,7,在两滑块的碰撞端分别装上撞针及橡皮泥,如图,7,所示。让一滑块静止在中央,另一滑块以一定速度运动与静止滑块相碰,读出滑块碰前通过光电门的时间,t,1,及碰后通过另一光电门的时间,t,12,利用,分别,计算碰撞前后的速度,v,1,和,v,12,、动量,p,1,=m,1,v,1,和,p,12,=,(,m,1,+m,2,),v,12,比较,p,1,与,p,12,的值是否相等,如果相等,则得出两滑块碰撞前后动量是守恒的,。,-,25,-,考点一,考点二,考点三,【注意事项】,实验进行前应先将导轨调至水平,;,滑块滑行速度要适中,;,
展开阅读全文