《高考物理一轮复习资料 3－5.2 实验：验证动量守恒定律课件 沪科.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习资料 3－5.2 实验：验证动量守恒定律课件 沪科.ppt（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 一、实验目的一、实验目的 1.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。2.探究一维弹性碰撞的特点。探究一维弹性碰撞的特点。二、实验原理二、实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度和碰撞前后物体的速度v、v，找出，找出碰撞前的动量碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量及碰撞后的动量p=m1v1+m2v2，看碰撞前后动，看碰撞前后动量是否守恒。量是否守恒。三、实验器材三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个两个)、重物、弹簧片、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二：带细线的摆球方案二：带细线的摆球(两套两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。布等。方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个两个)、天平、撞针、天平、撞针、橡皮泥。橡皮泥。学案学案2 实验：验证动量守恒定律实验：验证动量守恒定律2021/8/11 星期三1 方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出两小球的质量测质量：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
3、线悬挂起来。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。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。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。改变条件：改变碰撞条件，重复实验。6.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。四、实验步骤四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验方案一：利用气垫导轨完成一
4、维碰撞实验 1.测质量：用天平测出滑块质量。测质量：用天平测出滑块质量。2.安装：正确安装好气垫导轨。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下碰撞前后的速度(改变滑块的质量改变滑块的质量改变滑块的初速度大小和方向改变滑块的初速度大小和方向)。4.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。2021/8/11 星期三2 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 1.测质量：用天平测出两小车的质量。测质量：用天平测出两小车的质量。2.安
5、装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带安装：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。装上撞针和橡皮泥。3.实验：接通电源，让小车实验：接通电源，让小车A运动，小车运动，小车B静止，两车碰静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。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测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=s/t算出速度。算出速度。5.改变条件：改变碰撞条件、重复实验。改变条件：改变碰撞条件
6、、重复实验。6.探究碰撞中的不变量。探究碰撞中的不变量。2021/8/11 星期三3 五、注意事项五、注意事项 1.前提条件：碰撞的两物体应保证前提条件：碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”。2.方案提醒：方案提醒：(1)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利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。用水平仪确保导轨水平。(2)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面内。好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直
7、面内。(3)探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。六、误差分析六、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：系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞。碰撞是否为一维碰撞。(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，长木板实验是否平衡掉摩擦力。大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。2.偶然误差：主要来源于质量偶然误差：主要来源于质量m和速度和速度v的测量。的测量。3.改进措施：改进措施：(1)设计方案时应保证
8、碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量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。守恒的条件。(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。2021/8/11 星期三4考点考点1 实验原理的考查实验原理的考查【例【例1】某同学设计了一个用打点计时器做】某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验：在小车的实验：在小车A 的前端粘有橡皮泥，推动小车的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的具体装置如图所示，在小车相碰并粘
9、合成一体，继续做匀速运动。他设计的具体装置如图所示，在小车 后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz，长木板垫着小木，长木板垫着小木 片以平衡摩擦力。片以平衡摩擦力。(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各若已得到打点纸带如图所示，并测得各 计数点间距计数点间距(标在图上标在图上)。A为运动起点，为运动起点，则应该选择段来计算则应该选择段来计算A碰前的速度，应选择碰前的速度，应选择_段来计算段来计算A和和B碰后的共碰后的共 同速度。同速度。(以上空格选填以上空格选填“AB”“BC”“CD”“DE”)。(2)已测得小车已测得小车A的质量的
10、质量m1=0.40 kg，小车，小车B的质量的质量m2=0.20 kg，由以上测量结果，由以上测量结果 可得碰前可得碰前m1v0=_kgm/s；碰后；碰后 (m1+m2)v共共=_kgm/s。由此得出。由此得出 结论结论_。2021/8/11 星期三5 【解析】【解析】(1)分析纸带上的点迹可以看出，分析纸带上的点迹可以看出，BC段既表示小段既表示小车做匀速运动，又表示小车具有较大的速度，故车做匀速运动，又表示小车具有较大的速度，故BC段能准确地段能准确地描述小车描述小车A碰前的运动情况，应当选择碰前的运动情况，应当选择BC段计算小车段计算小车A碰前的碰前的速度，而速度，而DE段小车运动稳定，
11、故应选择段小车运动稳定，故应选择DE段计算碰后段计算碰后A和和B的的共同速度。共同速度。(2)小车小车A碰撞前的速度碰撞前的速度 v0=/(51/f)=10.5010-2/(50.02)m/s=1.050 m/s 小车小车A在碰撞前：在碰撞前：m1v0=0.401.050 kgm/s=0.420 kgm/s 碰后碰后A和和B的共同速度的共同速度 v共共=/(51/f)=6.9510-2/(50.02)m/s=0.695 m/s 碰撞后碰撞后A和和B：(m1+m2)v共共=(0.20+0.40)0.695 kgm/s=0.417 kgm/s 结论：结论：在误差许可的范围内，碰撞中在误差许可的范围
12、内，碰撞中mv的矢量和是守恒的。的矢量和是守恒的。2021/8/11 星期三6 1气垫导轨气垫导轨(如图如图)工作时，空气从导轨表面的小孔喷工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在了滑块运动时的阻力。为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所
13、用电源的频率均为点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b。气垫导轨正。气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图为某次实验打出的、点迹清晰的动，两滑块相碰后粘在一起继续运动。图为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度分别量出其长度s1、s2和和s3。若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，。若题中各物理量的单位均为国际单
14、位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的，两滑块的总动量大小为总动量大小为_；碰撞；碰撞后两滑块的总动量大小为后两滑块的总动量大小为_。重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许重复上述实验，多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。的范围内相等，则动量守恒定律得到验证。0.2abs30.2abs10.4abs20.2ab(s1-s3)2021/8/11 星期三7考点考点2 实验数据的处理实验数据的处理【例【例2】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】气垫
15、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 以用带竖直挡板以用带竖直挡板C和和D的气垫导轨以及滑块的气垫导轨以及滑块A和和B来探究碰撞中的不变量，实验来探究碰撞中的不变量，实验 装置如图所示装置如图所示(弹簧的长度忽略不计弹簧的长度忽略不计)，采用，采用 的实验步骤如下：的实验步骤如下：a.用天平分别测出滑块用天平分别测出滑块A、B的质量的质量mA、mB。b.调整气垫导轨，使导轨处于水平。调整气垫导轨，使导轨处于水平。c.在在A和和B间放
16、入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止地放置在气垫导 轨上。轨上。d.用刻度尺测出用刻度尺测出A的左端至的左端至C板的距离板的距离L1。e.按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。运动时间的计时器开始工作。当当A、B滑块分别碰撞滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下挡板时停止计时，记下A、B分别到达分别到达C、D的运动时的运动时 间间t1和和t2。(1)实验中还应测量的物理量是实验中还应测量的物理量是_。(2)利用上述测量的实验数据，得出关系式成立，即可得出碰撞中守恒
17、的量是利用上述测量的实验数据，得出关系式成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv 的矢量和，上式中算得的的矢量和，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的 原因是原因是_。(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表 达式。达式。2021/8/11 星期三8 【解析】【解析】(1)要测量要测量B的速度必须要先测出的速度必须要先测出B的位移和该的位移和该位移所用时间，故还应测量的物理量为位移所用时间，故还应测量的物理量为B的右端至的右端至D板的距离板的
18、距离L2。(2)因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要因为碰撞之前两物体都静止即总动量为零，所以要得出守恒的量是得出守恒的量是mv的矢量和，需得到关系式的矢量和，需得到关系式mAL1/t1-mBL2/t2=0。给验证带来误差的原因有测量时间、距离等，由。给验证带来误差的原因有测量时间、距离等，由于阻力、气垫导轨不水平等也可造成误差。于阻力、气垫导轨不水平等也可造成误差。(3)根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，A、B两物体运动的动能来源于两物体运动的动能来源于静止压缩弹簧的弹性势能，故根据动能的总和可求弹簧的弹静止压缩弹簧的弹性势能，故根据动能的总和可求弹簧的弹性势能，即性势能，即Ep=
19、(1/2)mAL12/t12+(1/2)mBL22/t22。【答案】【答案】(1)测量的物理量为测量的物理量为B的右端至的右端至D板的距离板的距离L2 (2)mAL1/t1-mBL2/t2=0有测量时间、距离等存在误差，由于有测量时间、距离等存在误差，由于阻力、气垫导轨不水平等也可造成误差阻力、气垫导轨不水平等也可造成误差 (3)Ep=(1/2)mAL12/t12+(1/2)mBL22/t222021/8/11 星期三9 2某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律。图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，
20、两摆球均很小，质量之比为质量之比为1:2。当两摆均处于自由静止状态时，其侧。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向右上方拉动面刚好接触。向右上方拉动B球使其球使其摆线伸直并与竖直方向成摆线伸直并与竖直方向成45 角，然后将角，然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成一起摆动，且最大摆角成30。若本实验。若本实验允许的最大误差为允许的最大误差为4，此实验是否成，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？功地验证了动量守恒定律？【答案】【答案】成功验证了动量守恒定律成功验证了动量守恒定律2021/8/11 星期三10考点考点3 实验原理的迁
21、移实验原理的迁移【例【例3】某同学用如图所示装置通过半径相同的】某同学用如图所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定两球的碰撞来验证动量守恒定 律。图中律。图中PQ是斜槽，是斜槽，QR为水平槽。实验时先使为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置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，得到次，得到10个落点痕迹。再把个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球球 仍从位置仍从位置G由静止开始滚下，和由静止开
22、始滚下，和B球碰撞后，球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自球分别在记录纸上留下各自 的落点痕迹。重复这种操作的落点痕迹。重复这种操作10次。图中次。图中O点是水平槽末端点是水平槽末端R在记录纸上的垂直在记录纸上的垂直 投影点。投影点。B球落点痕迹如图所示，其中米尺水平放置，且平行于球落点痕迹如图所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在所在 的平面，米尺的零点与的平面，米尺的零点与O点对齐。点对齐。(1)碰撞后碰撞后B球的水平射程应取为球的水平射程应取为_cm。(2)在以下选项中，哪些是本次实验必在以下选项中，哪些是本次实验必 须进须进 行的测量？行的测量？_(填选项号填选项号)。A.
23、水平槽上未放水平槽上未放B球时，测量球时，测量A球落点位置球落点位置 到到O点的距离点的距离 B.A球与球与B球碰撞后，测量球碰撞后，测量A球落点位置到球落点位置到O 点的距离点的距离 C.测量测量A球或球或B球的直径球的直径 D.测量测量A球与球与B球的质量球的质量(或两球质量之比或两球质量之比)E.测量测量G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度2021/8/11 星期三11 【解析】【解析】(1)用最小的圆将所有点圈在里面，圆用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位。读数
24、为应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位。读数为64.7 cm。(2)以平抛时间为时间单位，则平抛的水平距离以平抛时间为时间单位，则平抛的水平距离在数据上等于平抛初速度。设在数据上等于平抛初速度。设A未碰未碰B，平抛水平位，平抛水平位移为移为sA；A、B相碰后，相碰后，A、B两球的水平位移分别为两球的水平位移分别为s A、s B，A、B质量分别为质量分别为mA、mB，则碰前，则碰前A的的动量可写成动量可写成mAsA，碰后，碰后A、B总动量为总动量为mAs A+mBs B，要验证动量是否守恒，即验证以上，要验证动量是否守恒，即验证以上两动量是否相等。所以该实验应测量的物理量有：两动量是否相等。所以该
25、实验应测量的物理量有：mA、mB、sA、s A、s B。2021/8/11 星期三12 3在在“验证碰撞中的动量守恒验证碰撞中的动量守恒”实验中，如图所示，实验中，如图所示，(1)安装和调整实验装置的要求是：安装和调整实验装置的要求是：_；_ _。(2)某次实验得出小球的落点情况某次实验得出小球的落点情况 如图所示，假设碰撞中动量守如图所示，假设碰撞中动量守 恒，则入射小球质量恒，则入射小球质量m1和被碰和被碰 小球质量小球质量m2之比之比m1:m2为为_。(3)在实验中，根据小球的落点情况，在实验中，根据小球的落点情况，若等式若等式 =_成立，则可证明碰撞中系统的动成立，则可证明碰撞中系统的动 能守恒。能守恒。斜槽末端切线水平斜槽末端切线水平入射球和被碰球在碰撞入射球和被碰球在碰撞瞬间必须在同一高度瞬间必须在同一高度4:12021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14