2020高考物理一轮复习第六章实验七验证动量守恒定律学案(含解析).doc
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1、1实验七 验证动量守恒定律主干梳理 对点激活验证动量守恒定律。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,计算出碰撞前的动量 p m1v1 m2v2及碰撞后的动量 p m1v1 m2v2,看碰撞前后动量是否守恒。实验方案一 利用滑块和气垫导轨完成实验实验器材气垫导轨、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。实验步骤1用天平测出滑块质量。2正确安装好气垫导轨。3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)。数据处理1滑块速度的测量: v ,式中 x 为滑块挡光片
2、的宽度(仪器说明书上给出,也 x t可直接测量), t 为光电计时器显示的滑块挡光片经过光电门的时间。2验证的表达式: m1v1 m2v2 m1v1 m2v2。实验方案二 利用等长摆球完成实验实验器材带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。实验步骤21用天平测出两个等大小球的质量 m1、 m2。2把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3一个小球静止,拉起另一个小球,放下后它们相碰。4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改变碰撞条件,重复实验。数据处理1摆球速度的测量: v ,式中 h 为小球释放时(或碰撞后摆
3、起)的高度, h 可用2gh刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。2验证的表达式: m1v1 m2v2 m1v1 m2v2。实验方案三 利用小车和打点计时器完成实验实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、重物、天平、撞针、橡皮泥。实验步骤1用天平测出两小车的质量。2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,把两小车连接成一个整体运动。4通过纸带上两计数点间的距离及时间,由 v 算出速度。 x t5改变碰撞条件,重复实验。数据处理1小车速度
4、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, x t t 为小车经过距离 x 所用的时间,可由打点间隔算出。32验证的表达式: m1v1 m2v2 m1v1 m2v2。实验方案四 利用斜槽滚球验证动量守恒定律实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。实验步骤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(避免入射小球反弹)。2按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。3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不放被撞小球,每次让入射小球(质量为 m1)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
5、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把被撞小球(质量为 m2)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连接 ON,测量线段 OP、 OM、 ON 的长度。将测量数据填入表中。数据处理验证的表达式: m1 m1 m2 ,看在误差允许的范围内是否成立。OP OM ON1前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 。42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,
6、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。(3)若利用两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。(4)若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。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(即正碰),为此两球应等大,且速度沿球心连线方向。(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,用长木板实验时是否平衡了摩擦力。2偶然误差:主要来源于质量 m1、 m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。考点细研 悟法培优对应学生用书 P142考点 1 实验
7、原理与操作例 1 某实验小组用图甲所示的装置验证动量守恒定律。实验时,先将金属小球 A 从斜槽上某一固定位置由静止释放, A 从斜槽末端飞出后落到水平地面的记录纸上留下落点痕迹,重复 10 次。把相同半径的塑料小球 B 放在与斜槽末端等高的支柱上,让 A 仍从斜槽上同一位置由静止释放,与 B 碰撞后, A、 B 分别在记录纸上留下落点痕迹,重复 10 次。图中 O 点是水平槽末端在记录纸上的垂直投影点, M、 P、 N 分别为小球落点的痕迹,小立柱与斜槽末端的距离等于小球的直径。(1)下列说法正确的是( )A斜槽的末端必须水平B需要测量斜槽末端距地面的高度C图中 M 点是未放小球 B 时小球
8、A 的落点痕迹D图中 P 点是未放小球 B 时小球 A 的落点痕迹5(2)用螺旋测微器测量小球的直径时示数如图乙所示,则小球的直径 d_mm。(3)实验中测出小球的直径及 M、 P、 N 与 O 点的距离分别用 d、 OM、 OP、 ON 表示,若碰撞过程中动量守恒,则两小球的质量之比为_(用所给符号表示)。尝试解答 (1)AD_(2)7.500(7.4987.502)(3) 。ON dOP OM(1)斜槽的末端必须水平才能保证两小球离开斜槽后做平抛运动,A 正确;本实验是根据平抛运动的规律验证动量守恒定律,需要测量的是 A、 B 两小球抛出的水平距离,因为抛出高度相同落地时间一样,验证时等式
9、两端会把时间消去,所以与高度无关,B 错误;碰撞后 A 球速度减小, B 球速度增大,因为落地时间一样,所以 M 点是碰撞后 A 球落点, N 点是 B 球落点,而 P 点就是没有发生碰撞时 A 球的落点,C 错误,D 正确。(2)螺旋测微器读数为 7.5 mm0.000 mm7.500 mm。(3)根据实验原理可知 mAv0 mAv1 mBv2,因为下落时间一样,所以mA mA mB( d),所以两小球质量之比为 。OP OM ONON dOP OM变式 1 一实验小组用气垫导轨验证滑块碰撞过程中的动量守恒,实验装置如图所示。(1)实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮,使导轨_;充气后,当滑块
10、在导轨上能_运动时,说明气垫导轨已经调节好。(2)实验时,先使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳,然后释放滑块 1,滑块 1 通过光电门 1 后与左侧固定有弹簧的滑块 2 碰撞,碰后滑块 1 和滑块 2 依次通过光电门 2,两滑块通过光电门 2 后依次被制动;实验中需要测量滑块 1(包括挡光片)的质量 m1、滑块2(包括弹簧和挡光片)的质量 m2、滑块 1 通过光电门 1 的挡光时间 t1、通过光电门 2 的挡光时间 t2,还需要测量_、_。(写出物理量及其表示符号)(3)如果表达式_成立,则说明滑块碰撞过程中动量守恒。(用物理6量的符号表示)答案 (1)水平 匀速(2)滑块 2 通过光电
11、门 2 的挡光时间 t3 挡光片的宽度 d(3)m1 m1 m2d t1 d t2 d t3解析 (1)实验时,应调节气垫导轨底部的旋钮,使导轨水平,当滑块在导轨上能匀速运动时,说明气垫导轨已经调节好。(2)实验时,需要测量两个滑块的质量以及滑块 1 碰前、碰后的速率与滑块 2 碰后的速率,所以还需要测量滑块 2 通过光电门 2 的挡光时间 t3,以及挡光片的宽度 d。(3)碰前动量为 m1 ,碰后动量为 m1 m2 ,则表达式为 m1 m1 m2d t1 d t2 d t3 d t1 d t2。d t3考点 2 数据处理与误差分析例 2 某实验小组在进行“验证动量守恒定律”的实验中,入射球与
12、被碰球半径相同。(1)用游标卡尺测量直径相同的入射球与被碰球的直径,测量结果如图甲所示,该球直径为_ cm。(2)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_(填选项前的符号),间接地解决这个问题。A小球开始释放高度 hB小球抛出点距地面的高度 HC小球做平抛运动的射程D小球的直径(3)实验装置如图乙所示,先不放 B 球,使 A 球从斜槽上某一固定点 C 由静止滚下,再把 B 球静置于水平槽前端边缘处,让 A 球仍从 C 处由静止滚下。记录纸上的 O 点是重垂线所指的位置, M、 P、 N 分别为落点的痕迹,未放 B 球时, A 球落地点是记录纸上的_点;放上 B 球
13、后, B 球的落地点是记录纸上的_点。(4)释放多次后,取各落点位置的平均值,测得各落点痕迹到 O 点的距离: 13.10 OMcm, 21.90 cm, 26.04 cm。用天平称得入射小球 A 的质量, m116.8 g,被碰小OP ON7球 B 的质量 m25.6 g。若将小球质量与水平位移的乘积作为“动量” ,请将下面的表格填写完整。(答案保留三位有效数字)根据上面表格中的数据,你认为能得到的结论是_。(5)实验中,关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是_。A释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小B释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对
14、误差越小,两球速度的测量越准确C释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差越小D释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对被碰小球的阻力越小尝试解答 (1)2.14_(2)C_(3) P_N_(4)3.66103 _在实验误差允许范围内,可认为系统在碰前和碰后的“动量”守恒_(5)C。(1)球的直径 d21 mm40.1 mm21.4 mm2.14 cm。(2)小球离开轨道后做平抛运动,因为小球抛出点的高度相同,它们在空中的运动时间相等,小球的水平位移与小球抛出的初速度成正比,可以用小球的水平位移代替其初速度,所以 C 正确。(3)A 球和 B 球相撞后,
15、B 球的速度增大, A 球的速度减小,所以碰撞后 A 球的落地点距离 O 点最近, B 球的落地点离 O 点最远,所以点 P 是未放 B 球时 A 球的落地点, N 点是放上 B 球后, B 球的落地点。(4)碰后总动量 p m1 m2 0.01680.1310 kgm0.00560.2604 OM ONkgm3.6610 3 kgm,则可知碰撞前、后总动量近似相等,在实验误差允许范围内,可认为系统在碰前和碰后的“动量”守恒。(5)入射小球的释放点越高,入射球碰撞前的速度越大,相撞时内力越大,阻力的影响相对越小,可以较好的满足动量守恒的条件,也有利于减小测量水平位移时的相对误差,从而使实验的误
16、差减小,C 正确。变式 2 如图,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多次从倾斜轨道上 S 位置静止释放,找到其平均落地点的位置 P,然后,把被碰小球 m2静置于轨道的水平部分末端,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,测出碰后 m1平均落地点在 M 点, m2平均落地点在 N 点,不计小球与轨8道间的摩擦。(1)实验中,不需要测量的物理量是_(填选项前的符号)。A两个小球的质量 m1、 m2B小球抛出点距地面的高度 HC小球做平抛运动的射程(
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