新高考一輪復(fù)習人教版實驗八驗證動量守恒定律課件

實驗八驗證動量守恒定律一、實驗?zāi)康?．會用實驗裝置測速度或用其他物理量表示物體的速度大小。2．驗證在系統(tǒng)不受外力的作用下，系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用時總動量守恒。二、實驗原理與要求

[基本實驗要求]1．實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量和碰撞前、后物體的速度，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后的動量在誤差允許范圍內(nèi)是否相等。2．實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺、重垂線等。3．實驗步驟(1)用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。(2)按照實驗原理圖甲安裝實驗裝置。調(diào)整、固定斜槽使斜槽末端水平。(3)白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當位置鋪放好，記下重垂線所指的位置O。(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面。圓心P就是小球落點的平均位置。3．誤差分析(1)系統(tǒng)誤差①斜槽末端不水平。②入射小球與被碰小球是否為一維正碰。(2)偶然誤差①主要來源于質(zhì)量和速度的測量及入射小球不從同一高度由靜止釋放。②小球落點的確定。命題點一教材原型實驗

實驗原理與操作[典例1]

用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律。(1)實驗中質(zhì)量為m1的入射小球和質(zhì)量為m2的被碰小球的質(zhì)量關(guān)系是m1________m2。(選填“大于”“等于”或“小于”)[解析]

(1)為防止碰撞后入射小球反彈，實驗中質(zhì)量為m1的入射小球和質(zhì)量為m2的被碰小球的質(zhì)量關(guān)系是m1大于m2。[答案]

(1)大于(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的投影。實驗時，先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP。然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)本操作。接下來要完成的必要步驟是________。(填選項前的字母)A．用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B．測量小球m1開始釋放的高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別通過畫最小的圓找到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]。[解析](2)如果碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，以水平向右為正方向，由動量守恒定律得m1v1＝m1v2＋m2v3，小球離開軌道后做平拋運動，它們拋出點的高度相等，在空中的運動時間t相等，上式兩邊同時乘以t得m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，所以實驗需要測量：兩球的質(zhì)量、兩球落點的水平位移，故選A、D、E。(3)由(2)可知，實驗需要驗證的表達式為：m1OP＝m1OM＋m2ON。[答案]

(2)ADE(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON規(guī)律總結(jié)實驗中的“兩保證、三注意”(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。(2)斜槽小球碰撞三注意：①入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；②選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；③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。

實驗數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]如圖甲所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。[答案]

(1)14

2.9

1(或1.01)

[答案]

(2)76.8易錯警示數(shù)據(jù)處理與分析的3點注意(1)數(shù)據(jù)處理運用轉(zhuǎn)換法，即將測量小球做平拋運動的初速度轉(zhuǎn)換成測平拋運動的水平位移；由于本實驗僅限于研究系統(tǒng)在碰撞前后動量的關(guān)系，所以各物理量的單位不必統(tǒng)一使用國際單位制的單位。(2)設(shè)計方案時應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件。(3)采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差。實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊B的質(zhì)量m2＝0.108kg，遮光片的寬度d＝1.00cm；打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0Hz。將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰。碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示。[答案]

見解析創(chuàng)新評價本題的創(chuàng)新點體現(xiàn)在利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，利用光電門代替打點計時器，提高實驗的精確度。在數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)，利用相對誤差評價實驗結(jié)果。 實驗設(shè)計創(chuàng)新[典例4]

(2021·河南鄭州六校聯(lián)考)為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟做了如下實驗：①用天平測出兩個小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)。②如圖所示，安裝好實驗裝置。將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端處的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置。④將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和m2在斜面上的落點位置。⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離，圖中D、E、F點是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF。(1)小球m1和m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中的________點，m2的落點是圖中的________點。(2)用測得的物理量來表示，只要滿足關(guān)系式________________，則說明碰撞中動量守恒。(3)用測得的物理量來表示，只要再滿足關(guān)系式______________，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。創(chuàng)新評價本實驗利用斜面上的平拋運動獲得兩球碰后的速度，根據(jù)平拋斜面模型采用分解位移找數(shù)學(xué)關(guān)系分析實驗數(shù)據(jù)。

實驗?zāi)康膭?chuàng)新[典例5]如圖甲所示，沖擊擺是一個用細線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。實驗步驟如下：①用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；②將實驗裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長；③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動，記下指針的最大偏角；④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表。完成下列填空：(1)現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖乙所示，請將表中數(shù)據(jù)補充完整：θ＝________。(2)用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v＝________。(已知重力加速度為g)(3)為減小實驗誤差，每次實驗前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角。請寫出這樣做的一個理由：________________________________________________。(3)以較大的速度碰撞指針，會損失較多的機械能(其他理由，如擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時要克服摩擦力做功、指針擺動較長的距離損失的機械能較多等，只要合理即可)。創(chuàng)新評價本實驗在碰撞過程動量守恒的基礎(chǔ)上，利用動量守恒定律和機械能守恒定律計算彈丸的發(fā)射速度。體現(xiàn)了物理知識和物理實驗的創(chuàng)新性和綜合性。

1．在實驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采用如圖甲、乙所示的兩種裝置。(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則________。A．m1>m2，r1>r2B．m1>m2，r1<r2C．m1>m2，r1＝r2D．m1<m2，r1＝r2解析：(1)為防止反彈造成入射小球返回斜槽，要求入射小球質(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C正確。答案：(1)C(2)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是________。A．直尺B．游標卡尺C．天平D．彈簧測力計E．秒表(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則在用圖甲所示裝置進行實驗時(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”的關(guān)系式為________________。(用裝置圖中的字母表示)解析：(2)設(shè)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(guān)系m1v1＝m1v1′＋m2v2′可表示為m1x1＝m1x1′＋m2x2′。所以需要直尺、天平，而不需要彈簧測力計、秒表。由于題中兩個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，故不需要游標卡尺。(3)得出驗證動量守恒定律的關(guān)系式應(yīng)為m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N。答案：

(2)AC

(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N答案：(1)BC

(2)0.6

23．(2021·五省優(yōu)創(chuàng)名校高三聯(lián)考)某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律，同時測量彈簧的彈性勢能，實驗裝置如圖甲所示，兩滑塊A、B上各固定一相同窄片。部分實驗步驟如下：Ⅰ.用螺旋測微器測量窄片的寬度d；Ⅱ.將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平；Ⅲ.將A、B用細線綁住，在A、B間放入一個被壓縮的輕小彈簧；Ⅳ.燒斷細線，記錄A、B上的窄片分別通過光電門C、D的擋光時間t1、t2。(1)若測量窄片的寬度d時，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則d＝________mm。(2)實驗中，還應(yīng)測量的物理量是________。A．滑塊A的質(zhì)量m1以及滑塊B的質(zhì)量m2B．燒斷細線后滑塊A、B運動到光電門C、D的時間tA、tBC．燒斷細線后滑塊A、B運動到光電門C、D的路程x1、x2(3)驗證動量守恒定律的表達式是________________；燒斷細線前彈簧的彈性勢能Ep＝________。(均用題中相關(guān)物理量的字母表示)(1)用游標卡尺測量小球A、B的直徑d，其示數(shù)均如圖乙所示，則直徑d＝________mm，用天平測得球A、B的質(zhì)