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.ppt

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p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v1 m2v2 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m1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OO 2r 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 O N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 m1 OP m1 OM m2 O N 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m1 m2 且r1 r2 r 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m1 半径为r1 被碰小球质量为m2 半径为r2 则 A m1 m2 r1 r2B m1 m2 r1 r2 C m1 m2 r1 r2 D m1 m2 r1 r2 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m1 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 m1 OP m1 OM m2 ON 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 m1v1 m1v1 m2v2 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 m1 OP m1 OM m2 O N 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H D 分别找到m1 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 m1 45 0g m2 7 5g 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p1与p1 则p1 p1 11 若碰撞结束时m2的动量为p2 则p1 p2 11 实验结果表明 碰撞 前 后总动量的比值 p1p1 p2 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 m1 OM m2 ON m1 OP m1 OM2 m2 ON2 m1 OP2 4 142 91 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m1 0 310kg 滑块B的质量m2 0 108kg 遮光片的宽度d 1 00cm 打点计时器所用交流电的频率f 50 0Hz 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 tB 3 500ms 碰撞前后打出的纸带如图S16 7所示 图S16 7