实验七验证动量守恒定律ppt课件

实验七 验证动量守恒定律,01,02,03,04,1,实验基础梳理,1实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒 2实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、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 方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥 方案四：斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等,2,实验基础梳理,3实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示) (1)测质量：用天平测出滑块质量 (2)安装：正确安装好气垫导轨 (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(改变滑块的质量改变滑块的初速度大小和方向) (4)验证：一维碰撞中的动量守恒,3,实验基础梳理,方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示) (1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2. (2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 (3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰 (4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度 (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒,4,实验基础梳理,方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示) (1)测质量：用天平测出两小车的质量 (2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 (3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动 (4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由vx/t算出速度 (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒,5,实验基础梳理,方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图所示) 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：按照图4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。记下重垂线所指的位置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。,6,实验基础梳理,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m1OPm1OMm2ON，看在误差允许的范围内是否成立。,7,实验基础梳理,误差分析 (1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。 碰撞是否为一维碰撞。 实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等。 (2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。 注意事项 (1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 (2)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。 (3)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内。 (4)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。 (5)若利用斜槽进行实验，入射球质量m1要大于被碰球质量m2，即m1m2，防止碰后m1被反弹，且两球半径r1r2r。,8,【例1】 某同学用如图6甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球a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痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。回答下列问题： (1)在安装实验器材时斜槽的末端应_。 (2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma_mb，两球的半径应满足ra_rb。(填“”“”或“”) (3)本实验中小球平均落地点的位置距O点的距离如图乙所示，小球a、b碰后的平均落地点依次是图乙中的_点和_点。 (4)在本实验中，验证动量守恒的 式子是下列选项中的_。 AmaOCmaOAmbOB BmaOBmaOAmbOC CmaOAmaOBmbOC,实验热点突破,保持水平,转到解析,热点一 教材原型实验,A C,B,9,实验热点突破,转回原题,解析 (1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动。 (2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a的质量ma应该大于被碰小球b的质量mb。为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等。 (3)由题图甲所示装置可知，小球a和小球b相碰后，根据动量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度。由此可判断碰后小球a、b的落点位置分别为A、C点。 (4)小球下落高度一样，所以在空中的运动时间t相等，若碰撞过程满足动量守恒，则应有mav0mavambvb，两边同乘以时间t可得mav0tmavatmbvbt，即有maOBmaOAmbOC，故选项B正确。 答案 (1)保持水平 (2) (3)A C (4)B,10,实验热点突破,【变式训练1】某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验，在小车A的前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图7 所示。在小车A的后面连着纸带，电 磁打点计时器的频率为50 Hz。 (1)若已得到打点纸带如图8所示，并测得各计数点间的距离。则应选图中_段来计算A碰前的速度，应选_段来计算A和B碰后的速度。 (2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，则由以上结果可得碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB_kgm/s。 (3)从实验数据的处理结果来看，A、B碰撞的过程中，可能哪个物理量是不变的？_。,BC,转到解析,DE,0.420,0.417,mv,11,实验热点突破,转回原题,12,实验热点突破,热点二 实验拓展创新 【例2】 如图是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱。实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高。将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b，C点 与桌子边沿间的水平距离为c。此处， (1)还需要测量的量是 _、_和_。 (2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式 为_。 (忽略小球的大小),弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h 桌面高H,转到解析,13,实验热点突破,解析 (1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化。,转回原题,14,实验热点突破,【变式训练2】 某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图10(a)所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。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，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 (1)下面是实验的主要步骤： 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气；,把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；,转到下页,15,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 把滑块2放在气垫导轨的中间； 先_ ，然后_，让滑块带动纸带一起运动； 取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图(b)所示； 测得滑块1的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g。 完善实验步骤的内容。 (2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_kgm/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_kgm/s。(结果均保留3位有效数字) (3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是_。,实验热点突破,接通打点计时器的电源 释放滑块1,转到解析,转到上页,0.620,0.618,纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用,16,实验热点突破,转回原题,17,1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10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滑块分别碰到C、D挡板时计时器结束计时，分别记下A、B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。 (1)实验步骤的正确顺序是_。 (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_。,备选训练,cbda,天平,两滑块的质量m1、m2,18,2用如图11甲所示装置通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，把质量为mB的B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B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，得到了如图乙所示的三个落地处。 (1)请在图乙中读出OP_ cm。 (2)由乙图可以判断出R是_球的落地点，Q是_球的落地点。 (3)为了验证碰撞前后动量守恒，该同学只需验证表达式_。,备选训练,17.5,B,A,mAOQmAOPmBOR,19,备选训练,3如图12甲所示，是气垫导轨上的两个滑块的照片，中间是滑块A，质量mA0.20 kg，右边是滑块B，质量mB0.30 kg。乙图是滑块B向左运动中与滑块A碰后合为一体的照片，频闪照片的频率f10 Hz。 (1)根据照片提供的信息，碰前的动量为_kgm/s，碰后的动量为_kgm/s。 (2)实验结论：_。,0.048,0.050,在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等。,转到解析,20,备选训练,转回原题,21,22,