2019版高考物理一轮复习 实验十二 验证动量守恒定律课件.ppt

实验十二 验证动量守恒定律 1 实验原理 在一维碰撞中 分别测出物体的质量m1 m2和碰撞前后物体的速度v1 v2 v1 v2 算出碰撞前的动量p 及碰撞后的动量p 即可 验证碰撞前后动量是否守恒 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 实验方案 实验需测量物体的质量和速度 质量可用天平直接测量 测速度的方案有 1 利用平抛运动测速度 利用平抛运动下落高度相同时 水平速度与水平距离成正比 此方案所用器材有 斜槽 大小相等 质量不同的小钢球两个 重锤线一条 白纸 复写纸 天平 刻度尺 圆规 三角板 2 利用光电门测速度 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 此方案所用器材有 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 3 利用平抛运动测速度的实验原理图S12 1 1 质量分别为m1和m2的两小球A B发生正碰 若碰前m1运动 m2静止 根据动量守恒定律应有 m1v1 m1v1 m2v2 m1 OM m2 O N 2 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 如图S12 1所示 4 利用平抛运动测速度的实验步骤 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 使槽的末端点切线水平 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水平高度 确保碰撞后的速度方向水平 3 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 4 在白纸上记下重锤线所指的位置O 它表示入射小球m1 碰前的球心竖直投影的位置 5 先不放被碰小球 让入射小球从斜槽上同一高度处滚下 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落地点的平均位置P 6 把被碰小球放在小支柱上 让入射小球从同一高度滚下 使它们发生正碰 重复10次 仿步骤 5 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 7 过O N在纸上作一直线 取OO 2r O 就是被碰 小球碰撞时的球心竖直投影的位置 8 用刻度尺量出线段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m1 OP m1 OM m2 O N 看是否成立 9 整理实验器材放回原处 5 利用平抛运动测速度实验的注意事项 1 斜槽末端必须 水平 同一高度 2 入射小球每次都必须从斜槽上的 滚下 3 白纸铺好后不能移动 4 入射小球的质量应大于被碰小球的质量 即m1 m2 且r1 r2 r 考点 基本实验操作与实验数据的考查 典题1 如图S12 2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S12 2 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 填选项前的字母 间接地解决这个问题 A 小球开始释放的高度h B 小球抛出点距地面的高度HC 小球做平抛运动的射程 2 图S12 2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位置由静止释放 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 填选项前的字母 A 用天平测量两个小球的质量m1 m2B 测量小球m1开始释放的高度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 用 2 中测量的量表示 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S12 3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S12 3 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 测量平均落地点的位置 找到平抛的水平位移 因此步骤中D E是必需的 而且D先E后 至于用天平测质量则先后均可 所以若两球相碰前后的动量守恒 则m1 OM m2 ON m1 OP成立 若碰撞是弹性碰撞 机械能守恒 则m1 OM2 m2 ON2 m1 OP2成立 答案 1 C 2 ADE 或DEA 3 m1 OM m2 ON m1 OPm1 OM2 m2 ON2 m1 OP2 4 142 9 1 01 5 76 80 考向1 用光电门测速度 典题2 2014年新课标 卷 现利用如图S12 4甲所示的装置验证动量守恒定律 在图甲中 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 甲 乙 图S12 4 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乙所示 最大为5 本实验是否在误差范围内验证了动量守恒 定律 请写出运算过程 tA 0 02s 解 按定义 滑块运动的瞬时速度大小v为 v s t 式中 s为滑块在很短时间 t内走过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为 tA 则 1f tA可视为很短 设滑块A在碰撞前 后瞬时速度大小分别为v0 v1 将 式和图给实验数据代入 式可得v0 2 00m s v1 0 970m s 设滑块B在碰撞后的速度大小为v2 由 式有 v2 d tB 代入题给实验数据得v2 2 86m s 设两滑块在碰撞前 后的动量分别为p和p 则 p m1v0 p m1v1 m2v2 两滑块在碰撞前 后总动量相对误差的绝对值为 联立 式并代入有关数据 得 p 1 7 5 因此 本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律 考向2 用打点计时器测速度 典题3 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的前端装有橡皮泥 推动小车A使之做匀速运动 然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体 继续做匀速运动 他设计的装置如图S12 5甲所示 在小车A后连着纸带 电磁打点计时器所用的电源频率为50Hz 长木板下垫着小木片以平衡摩擦力 甲 乙 图S12 5 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点的间距 已标在图上 A为运动的起点 则应选 段来计算A碰前的速度 应选 段来计算A和B碰后的共同速度 填 AB BC CD 或 DE 2 已测得小车A的质量m1 0 4kg 小车B的质量m2 0 2kg 则碰前两小车的总动量为 kg m s 碰后两小车的总动量为 kg m s 解析 1 从分析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 应选用BC段计算小车A的碰前速度 从CD段打点的情况看 小车的运动情况还没稳定 而在DE段小车运动稳定 故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度 2 小车A在碰撞前的速度 小车A在碰撞前的动量p0 m1v0 0 4 1 050kg m s 0 420kg m s碰撞后A B的共同速度 碰撞后A B的总动量p m1 m2 v 0 2 0 4 0 695kg m s 0 417kg m s 答案 1 BC DE 2 0 4200 417 考向3 用频闪照相探究动量守恒定律 典题4 2017年江西九校高三大联考 利用频闪照相和气垫导轨做 探究碰撞中的不变量 的实验 步骤如下 用天平测出滑块A B的质量分别为200g和300g 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A B两滑块放到导轨上 并给他们一个初速度 同时开始闪光照相 闪光的时间间隔设定为 t 0 2s 照片如图S12 6所示 图S12 6 结合实验过程和图象分析知 该图象是闪光4次摄得的照片 在这4次闪光的瞬间 A B两滑块均在0 80cm刻度范围内 第一次闪光时 滑块A恰好通过x 55cm处 滑块B恰好通过x 70cm处 碰撞后有一个物体处于静止状态 设向右为正方向 试分析 滑块碰撞时间发生在第一次闪光后 s 碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是 kg m s 碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是 kg m s 答案 0 1 0 2 0 2