優(yōu)化2016屆高三物理專版一輪復習配套課件檢測第十四章動量守恒實驗

實驗16:驗證動量守恒定律-2-—二三四五六一、實驗目的驗證一維碰撞中的動量守恒。探究一維彈性碰撞的特點。-3-—二三四五六二、實驗原理在一維碰撞中,測出物體的質(zhì)量m

和碰撞前后物體的速率v、v',找出碰撞前的動量p=m1v1+m2v2

及碰撞后的動量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動量是否守恒。-4-—二三四五六三、實驗器材方案一:氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二:斜槽,大小相等、質(zhì)量不同的小鋼球兩個,重垂線一條,白紙,復寫紙,天平,刻度尺,圓規(guī)。-5-—二三四五六四、實驗步驟方案一:利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗測質(zhì)量:用天平測出滑塊質(zhì)量。安裝:正確安裝好氣墊導軌。實驗:接通電源,利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度大小和方向)。驗證:一維碰撞中的動量守恒。-6-—二三四五六-7-—二三四五六把被碰小球放在斜槽的末端,讓入射小球從同一高度滾下,使它發(fā)生正碰,重復10

次,仿步驟5

求出入射小球落地點的平均位置M

和被碰小球落地點的平均位置N。過O

和N

在紙上作一直線。用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度。把兩小球的質(zhì)量和相應的數(shù)值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看是否成立。整理實驗器材放回原處。-8-—二三四五六五、注意事項前提條件:碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。方案提醒:(1)若利用氣墊導軌進行實驗,調(diào)整氣墊導軌時,注意利用水平儀確保導軌水平。(2)實驗中應注意:①斜槽末端的切線必須水平。②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放。③選質(zhì)量較大的小球作為入射小球。④實驗過程中,實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。3.探究結(jié)論:尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。-9-—二三四五六六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:主要來源于裝置本身是否符合要求,即:(1)碰撞是否為一維碰撞。(2)實驗是否滿足動量守恒的條件,如氣墊導軌是否水平、兩球是否等大等。2.偶然誤差:主要來源于質(zhì)量m

和速度v

的測量。-10--11-(2)圖中O

點是小球拋出點在地面上的垂直投影,實驗時先讓入射球m1多次從斜軌上S

位置靜止釋放,找到其平均落地點的位置P,測出平拋射程

OP,然后,把被碰小球m2

靜置于拋道的水平部分,再將入射球m1

從斜軌上S位置靜止釋放,與小球m2

相碰,并多次重復。接下來要完成的必要步驟是 。(填選項前的符號)A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量

m1、m2B.測量小球m1

開始釋放高度hC.測量拋出點距地面的高度HD.分別找到m1、m2

相碰后平均落地點的位置M、NE.測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動量守恒,其表達式可表示為〔用(2)中測量的量表示〕;若碰撞是彈性碰撞,那么還應滿足的表達式為〔用(2)中測量的量表示〕。關閉(1)小球離開軌道后做平拋運動,由h=1gt2

知t=?2?

即小球的下落時間一定,則初速度v=??2 ??

,

??可用平拋運動的水平射程來表示,選項C

正確。本實驗要驗證的是m1·OM+m2·ON=m1·OP,因此要測量兩個小球的質(zhì)量m1和m2

以及它們的水平射程OM和ON,而要確定水平射程,應先分別確定兩個小球落地的平均落點沒有必要測量小球m1

開始釋放的高度h

和拋出點距地面的高度H。故應完成的步驟是

ADE

或DEA

或DAE。若動量守恒,應有m1·v1+m2·v2=m1·v0(v0是m1單獨下落時離開軌道時的速度,v1、v2是兩球碰后m1、m2

離開軌道時的速度),????又v=,則有m1·????+m2

????·

??

=m??

??1·????,即m1·OM+m2·ON=m1·OP;若碰撞是彈性碰撞,則碰撞過程中沒有機械能損失,則有1

1

12m1??12

+

2

??22

=

2

??02,m2

m1同樣整理可得m1·OM2+m2·ON2=m1·OP2。答案解析關閉(1)C (2)ADE

或

DEA

或

DAE

(3)m1·OM+m2·ON=m1·OPm1·OM2+m2·ON2=m1·OP2-12-①提示:小球做平拋運動下落的高度相同,飛行時間相同,而水平射程x=v0t,故可用平拋運動的射程代表小球的速度。②提示:用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面,圓心就是小球的落地點。③提示:相碰的兩個小球的質(zhì)量和碰撞前后的速度。-13--14-下,克服摩擦阻力的功相同,就不影響實驗;如果小球質(zhì)量相同可能出現(xiàn)入射小球停下而另一個球以同樣速度飛出(彈性碰撞)的情況,本題選項B、D

正確。答案解析關閉斜槽末端必須水平,如果不水平,在碰撞方向動量不守恒,同時物體離開斜槽后不是做平拋運動,就不能用m1·OP=m1·OM+m2·ON

來處理;至于斜槽是否光滑,只要每次從同一高度滑關閉BD)1

2

3

4

5

61.(多選)在做“碰撞中的動量守恒”實驗中,要求(A.斜槽軌道必須是光滑的B.斜槽軌道末端的切線必須水平C.入射球和被碰球的質(zhì)量必須相等,大小相同

D.入射球每次必須從同一高度由靜止?jié)L下誤差越小D.釋放點越高,入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?軌道對小球的阻力越小-15-關,且碰后兩球水平位移過小,反而容易增大測量時的相對誤差。選項D

中,軌道對被碰小球的阻力大小與入射球釋放點高低無關,所以選項A、B、D

均錯誤。答案解析關閉該實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因是兩球相碰時水平方向上其他外力的影響、水平位移的測量不準確以及沒有保證滿足水平正碰的條件等。入射球的釋放點越高時,入射球碰前速度越大,相碰時內(nèi)力越大,可以較好地滿足動量守恒的條件,也有利于減小測量水平位移時的相對誤差,從而使實驗的誤差減小,選項C

正確。選項A、B

中釋放點越低,小球所受軌道阻力雖較小,但只影響入射球碰前速度的大小,與是否有利于滿足動量守恒定律的條件無C關閉1

2

3

4

5

6驗證動量守恒定律的實驗中,入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是(

)釋放點越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,誤差越小釋放點越低,兩球碰后水平位移越小,水平位移測量的相對誤差越小,兩球速度的測量越準確釋放點越高,兩球相碰時,相互作用的內(nèi)力越大,碰撞前后動量之差越小,-16-C

正確,B、D

錯誤。答案解析關閉入射球每次滾下必須從斜槽的同一位置,保證每次碰撞都具有相同的初動量,故選項A錯誤;兩球做平拋運動時都具有相同的起點,故應驗證的關系式為m1????=m1????+m2????,選項關閉C1

2

3

4

5

6-17-1

2

3

4

5

6B.游標卡尺

D.彈簧測力計是(

)A.刻度尺C.天平

E.停表(3)設入射小球的質(zhì)量為m

,被碰小球的質(zhì)量為m

,則在用圖甲所示裝置進1

2行實驗時(P

為碰前入射小球落點的平均位置)所得“驗證動量守恒定律”的結(jié)論為 。(用裝置圖中的字母表示)-18-1

1 1

1 2

2小球都可認為是從槽口開始做平拋運動的,兩球的半徑不必測量,故無需游標卡尺。(3)得出驗證動量守恒定律的結(jié)論應為m1·????=m1·????+m2·??'??。答案解析關閉為防止反彈造成入射小球返回斜槽,要求入射球質(zhì)量大于被碰小球質(zhì)量,即m1>m2;為使入射小球與被碰小球發(fā)生對心碰撞,要求兩小球半徑相同。故選項C

正確。設入射小球為a,被碰小球為b,a

球碰前的速度為v1,a、b

相碰后的速度分別為v1'、v2'。由于兩球都從同一高度做平拋運動,當以運動時間為一個計時單位時,可以用它們平拋的水平位移表示碰撞前后的速度。因此,需驗證的動量守恒關系m1v1=m1v1'+m2v2'可表示為m

x=m

x'+m

x'。所以需要刻度尺、天平,而無需彈簧測力計、停表。由于題中兩個關閉(1)C

(2)AC

(3)m1·????=m1·????+m2·??'??1

2

3

4

5

6(2)(多選)若采用圖乙所示裝置進行實驗,以下所提供的測量工具中必需的-19-關閉0(2)小車A

在碰撞前的速度v=????

10.50×10(1)從分析紙帶上打點情況看,BC

段既表示小車做勻速運動,又表示小車有較大速度,因此

BC

段能較準確地描述小車A

在碰撞前的運動情況,應選用BC

段計算小車A

的碰前速度。從CD段打點情況看,小車的運動情況還沒穩(wěn)定,而在DE

段小車運動穩(wěn)定,故應選用DE段計算碰后A

和B

的共同速度。-25??

5×0.02=

m/s=1.050

m/s小車A

在碰撞前的動量p0=mAv0=0.4×1.050

kg·m/s=0.420

kg·m/s碰撞后A、B

的總動量p=(mA+mB)v=(0.2+0.4)×0.695

kg·m/s=0.417

kg·m/s答案解析關閉碰撞后A、B

的共同速度v=????

=6.95×10-2

m/s=0.695

m/s5??

5×0.02(1)BC

DE

(2)0.420

0.4171

2

3

4

5

6-20-1

2

3

4

5

6??1

5??

5大小為p3=0.2abs3;碰撞總動量大小p=p1-p3=0.2ab(s1-s3);碰后兩滑塊總動量