2019年高考物理一轮复习 第六章 动量守恒定律及其应用 实验七 验证动量守恒定律学案.doc

实验七验证动量守恒定律板块一主干梳理夯实基础实验原理与操作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。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。方案二：带细绳的摆球(相同的两套)、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、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。实验步骤1方案一：利用气垫导轨验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出滑块的质量。(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)。(4)验证：一维碰撞中的动量守恒。2方案二：利用摆球验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。(2)安装：把两个等大的摆球用等长悬线悬挂起来。(3)实验：一个摆球静止，拉起另一个摆球，放下时它们相碰。(4)测速度：测量摆球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应摆球的速度；测量碰撞后摆球摆起的角度，从而算出碰撞后对应摆球的速度。(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。3方案三：利用光滑桌面上两小车相碰验证一维碰撞中的动量守恒(1)测质量：用天平测出两小车的质量m1、m2。(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的限位孔连在小车的后面，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，把两小车连接在一起共同运动。(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v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。4方案四：利用平抛运动规律验证动量守恒定律(1)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)按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线水平。(3)白纸在下，复写纸在上，在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。(4)不放被碰小球，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。(5)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，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和被碰小球落点的平均位置N。(6)测量OP、OM、ON的长度，在误差允许的范围内，看m1OPm1OMm2ON是否成立。(7)整理好实验器材并放回原处。(8)实验结论：在误差允许的范围内，讨论碰撞系统的动量是否守恒。数据处理与分析注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内。(3)利用两小车相碰进行验证时，要注意平衡摩擦力。(4)利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。误差分析1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维。(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。3改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。(2)采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差。板块二考点细研悟法培优考点实验方案及数据处理1.实验方案方案一：利用气垫导轨和光电门完成一维碰撞。方案二：利用等长悬线挂等大小球完成一维碰撞。方案三：在光滑水平面上，利用两小车和打点计时器完成一维碰撞。方案四：利用斜槽上滚下的小球与被撞小球完成一维碰撞。2数据处理(1)速度的测量方案一：滑块速度的测量：v，式中x为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。方案二：摆球速度的测量：v，式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。方案三：小车速度的测量：v，式中x是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，t为小车经过x的时间，可由打点间隔算出。方案四：测入射小球速度v1，碰后入射小球速度v1，被碰小球碰后速度v2。(2)验证的表达式方案一、二、三：m1v1m2v2m1v1m2v2。方案四：m1OPm1OMm2ON。例2016长沙模拟某同学用如图甲所示的装置做“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球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让a球仍从原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)本实验必须测量的物理量有_。A斜槽轨道末端到水平地面的高度HB小球a、b的质量ma、mbC小球a、b的半径rD小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OCFa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2)根据实验要求，ma_(填“大于”“小于”或“等于”)mb。(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？(不必做分析)_。(4)为测定未放小球b时，小球a落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐，如图乙给出了小球a落点附近的情况，由图可得OB距离应为_cm。(5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_。尝试解答(1)BE(2)大于(3)b球先落地，对实验结果无影响(4)45.95(45.9345.97均正确)(5)maOBmaOAmbOC。(1)由动量守恒定律的表达式可得：mav1mav1mbv2，必须测量小球a和b的质量ma、mb，B选项正确；小球重心离开水平轨道开始做平抛运动，高度一定，平抛时间一定，所以可以用射程表示速度，不需要测斜槽末端到地面的高度和平抛时间，而落点也是小球重心的位置，没必要测小球的半径，所以E选项正确，A、C、D选项都不正确；只要保证a球每次下落的高度不变就可以，不需要测出高度差h，F选项也错误。(2)为了防止出现A小球反弹的现象，必须保证ma大于mb。(3)b球先落地，对实验结果无影响。(4)用尽量小的圆，把a球的落点都圈起来，圆心就是a球落点的平均位置为45.95 cm。(5)设平抛时间为t，则v1，v1，v2，代入动量守恒的表达式，得maOBmaOAmbOC。用如图所示装置探究碰撞中的不变量，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上，O点到A球球心距离为L，使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为，A球释放后摆到最低点时恰好与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D，保持角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点。(1)图中s应是B球初始位置到_的水平距离。(2)实验中需要测量的物理量有哪些？(3)实验中需要验证的关系式是怎样的？答案(1)落地点(2)L、H、s、mA、mB(3)mAmAmBs解析由机械能守恒定律可知A球下摆的过程有：mAgL(1cos)mAv，则A球向下摆到与B球相碰前的速度为vA。碰后A球的速度vA，碰后B球做平抛运动vBs。在碰撞中物体质量与速度的乘积之和不变，则mAvAmAvAmBvB。故有mAmAmBs。