2019版高考物理总复习 第六章 碰撞与动量守恒 6-4 实验七 验证动量守恒定律课件.ppt

实验七验证动量守恒定律 01 02 03 04 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p m1v1 m2v2及碰撞后的动量p m1v1 m2v2 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 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 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 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v x 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 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 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m1 OP m1 OM m2 ON 看在误差允许的范围内是否成立 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m1 m2 防止碰后m1被反弹 且两球半径r1 r2 r 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 A maOC maOA mbOBB maOB maOA mbOCC maOA maOB mbOC 实验热点突破 保持水平 转到解析 热点一教材原型实验 AC B 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mav0 mava mbvb 两边同乘以时间t可得mav0t mavat mbvbt 即有maOB maOA mbOC 故选项B正确 答案 1 保持水平 2 3 AC 4 B 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50Hz 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mA 0 40kg 小车B的质量mB 0 20kg 则由以上结果可得碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m 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 实验热点突破 转回原题 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 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 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 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310g 滑块2 包括橡皮泥 的质量为205g 完善实验步骤 的内容 2 已知打点计时器每隔0 02s打一个点 计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为 kg m s 两滑块相互作用以后系统的总动量为 kg m 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 实验热点突破 转回原题 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 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 mAOQ mAOP mBOR 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mA 0 20kg 右边是滑块B 质量mB 0 30kg 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f 10Hz 1 根据照片提供的信息 碰前的动量为 kg m s 碰后的动量为 kg m 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 备选训练 转回原题