驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律-2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第一冊(cè)(人教版)配套課件

4．實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第一章動(dòng)量守恒定律1．明確驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的基本思路。2．驗(yàn)證一維碰撞中的動(dòng)量守恒。3．知道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備類型一實(shí)驗(yàn)原理與操作【典例1】

“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，讓質(zhì)量為m1的小球A從斜槽上的某一位置自由滾下，與靜止在支柱上大小相等、質(zhì)量為m2的小球B發(fā)生碰撞。(球A運(yùn)動(dòng)到水平槽末端時(shí)剛好與B球發(fā)生碰撞)探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成(1)安裝軌道時(shí)，要求軌道末端________。(2)兩小球的質(zhì)量應(yīng)滿足m1___________m2。(3)用游標(biāo)卡尺測(cè)小球直徑時(shí)的讀數(shù)如圖所示，則小球的直徑d＝______cm。

切線水平>(或大于)1.03(4)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是________。A．兩小球的質(zhì)量m1和m2B．小球A的初始高度hC．軌道末端切線離地面的高度HD．兩小球平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tE．球A單獨(dú)滾下時(shí)的落地點(diǎn)P與O點(diǎn)的距離sOPF．碰后A、B兩小球的落地點(diǎn)M、N與O點(diǎn)的距離sOM和sONAEF

B

＋m2(sON－d)2[解析]

(1)為了保證每次小球都做平拋運(yùn)動(dòng)，則需要軌道的末端切線水平。(2)驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)，為防止入射球反彈，入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量，即m1>m2。(3)游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺是10分度的，其分度值為

0.1mm，則讀數(shù)為10mm＋3×0.1mm＝10.3mm＝1.03cm。

(4)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，它們拋出點(diǎn)的高度相同，在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，兩球碰撞動(dòng)量守恒，有m1v1＝m1v1′＋m2v2′，兩邊同時(shí)乘以時(shí)間t，則m1v1t＝m1v1′t＋m2v2′t，根據(jù)落點(diǎn)可化簡(jiǎn)為m1·sOP＝m1sOM＋m2(sON－d)，則實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)出：兩小球的質(zhì)量m1和m2；球A單獨(dú)滾下時(shí)的落地點(diǎn)P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離sOP和碰后A、B兩小球的落地點(diǎn)M、N與O點(diǎn)的距離sOM和sON，故選A、E、F。

類型二數(shù)據(jù)處理與誤差分析【典例2】某同學(xué)用如圖所示的裝置來“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”，在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧，滑塊b的右端有粘性強(qiáng)的物質(zhì)。圖中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊b的質(zhì)量m2＝0.108kg，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①打開氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間________時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；

②將滑塊b置于兩光電門之間，將滑塊a置于光電門1的右端，然后推動(dòng)滑塊a水平壓縮彈簧，撤去外力后，滑塊a在彈簧彈力的作用下向左彈射出去，通過光電門1后繼續(xù)向左滑動(dòng)并與滑塊b發(fā)生碰撞；③兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運(yùn)動(dòng)，并通過光電門2；④實(shí)驗(yàn)中，分別記錄下滑塊a的擋光片通過光電門1的時(shí)間t1，兩滑塊一起運(yùn)動(dòng)時(shí)擋光片通過光電門2的時(shí)間t2。

相等

0.6200.6101.6%

類型三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【典例3】如圖所示，某同學(xué)利用光電門、斜面、彈簧、滑塊和小球等裝置設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。

主要操作步驟為：①將光電門固定在光滑水平桌面上；②用天平分別測(cè)出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；③從桌面邊緣搭建斜面，斜面頂端與桌面等高，在斜面上鋪白紙，白紙上面放上復(fù)寫紙；④在a和b間鎖定一個(gè)壓縮的輕彈簧，將系統(tǒng)靜止放置在平臺(tái)上；⑤解除鎖定，a、b瞬間被彈開，記錄a通過光電門時(shí)擋光片的遮光時(shí)間t；⑥記錄b落在斜面上的點(diǎn)M，用刻度尺測(cè)出其到桌面邊緣O的距離為s0。

已知擋光片寬度為d，重力加速度為g，請(qǐng)回答下列問題：(1)滑塊a經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度v＝____(用題給字母表示)；(2)若測(cè)得斜面的傾角為θ，則小球b做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0＝(用題給字母表示)；(3)若a、b在解除鎖定過程中動(dòng)量守恒，需滿足的關(guān)系式是_______(用題給字母表示)。

1．現(xiàn)利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。在圖甲中，小車A的前端粘有橡皮泥，后端連著紙帶，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，給小車A一初速度，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得小車A(含橡皮泥)的質(zhì)量m1＝0.81kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.84kg，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率f＝50.0Hz。碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示(單位：cm)。應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)243題號(hào)1234題號(hào)1(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，下列說法正確的是________。A．長(zhǎng)木板下墊著的薄木片用來平衡摩擦力B．小車A和小車B的車輪應(yīng)該由同種材料制成C．應(yīng)選用質(zhì)量差不多大的兩個(gè)小車(2)碰前兩小車的總動(dòng)量為________kg·m/s，碰后兩小車的總動(dòng)量為________kg·m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)234題號(hào)1ABC1.621.60

234題號(hào)12．利用“類牛頓擺”驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)半徑相同的球1和球2，細(xì)線若干，坐標(biāo)紙，刻度尺。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)測(cè)量小球1、2的質(zhì)量分別為m1、m2，將小球各用兩細(xì)線懸掛于水平支架上，兩小球位于同一水平面內(nèi)，如圖甲所示。234題號(hào)1(2)將坐標(biāo)紙豎直固定在水平支架上，使坐標(biāo)紙與小球運(yùn)動(dòng)平面平行且盡量靠近。坐標(biāo)紙每一小格均是邊長(zhǎng)為d的正方形。將小球1拉至某一位置A，由靜止釋放，垂直坐標(biāo)紙方向用手機(jī)高速連拍。(3)分析連拍照片得出，球1從A點(diǎn)由靜止釋放，在最低點(diǎn)與球2發(fā)生水平方向的正碰，球1反彈后到達(dá)最高位置為B，球2向左擺動(dòng)的最高位置為C，如圖乙所示。已知重力加速度為g，碰前球1的動(dòng)量大小為_____________，若滿足關(guān)系式_________，則驗(yàn)證碰撞中動(dòng)量守恒；(4)與用一根細(xì)線懸掛小球相比，本實(shí)驗(yàn)采用雙線擺的優(yōu)點(diǎn)是________________________________________________________。234題號(hào)1

2m1＝m2使小球運(yùn)動(dòng)軌跡在同一豎直平面內(nèi)

234題號(hào)13．利用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為H的小支柱N上。O點(diǎn)到A球球心的距離為L(zhǎng)。使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α，A球釋放后擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)恰與B球正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D。保持α角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，白紙上記錄了多個(gè)B球的落點(diǎn)，重力加速度為g。(懸線長(zhǎng)遠(yuǎn)大于小球半徑)234題號(hào)1(1)圖中x應(yīng)是B球初始位置到_____________的水平距離。(2)為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒，應(yīng)測(cè)得的物理量有_____________________。(3)用測(cè)得的物理量表示(vA為A球與B球剛要相碰前A球的速度，v′A為A球與B球剛相碰后A球的速度，v′B為A球與B球剛相碰后B球的速度)：mAvA＝___________________；mAv′A＝___________________；mBv′B＝

。234題號(hào)1B球平均落點(diǎn)mA、mB、α、β、H、L、x

234題號(hào)1

234題號(hào)14．某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在足夠大的水平平臺(tái)上的A點(diǎn)放置一個(gè)光電門，水平平臺(tái)上A點(diǎn)右側(cè)摩擦很小可忽略不計(jì)，左側(cè)為粗糙水平面，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：243題號(hào)1①在小滑塊a上固定一個(gè)寬度為d的窄擋光片；②用天平分別稱出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；③a和b間用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，靜止放置在平臺(tái)上；④細(xì)線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運(yùn)動(dòng)；⑤記錄滑塊a通過光電門時(shí)擋光片的遮光時(shí)間t；24