高考物理總復(fù)習(xí) 第十五章 第二講 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律課件 新人教版選修35

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1、(對應(yīng)學(xué)生用書P240)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證一維碰撞中的動(dòng)量守恒2探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)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度v、v，找出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒三、實(shí)驗(yàn)器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥方案四：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板四、實(shí)驗(yàn)步

2、驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1.測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量2.安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌3.實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量改變滑塊的初速度大小和方向)4.驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1.測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2.2.安裝：把兩個(gè)等大小球用等長懸線懸掛起來3.實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰4.測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)6.驗(yàn)證：

3、一維碰撞中的動(dòng)量守恒(對應(yīng)學(xué)生用書P241)要點(diǎn)一注意事項(xiàng)1.前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”2方案提醒：(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平(2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi)(3)若利用長木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)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

4、況下都不改變 要點(diǎn)二誤差分析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(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩擦力2偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量某同學(xué)用如右圖所示裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，讓質(zhì)量為m1的小球從斜糟某處由靜止開始滾下，與靜止在斜槽末端質(zhì)量為m2的小球發(fā)生碰撞(1)實(shí)驗(yàn)中必須要求的條件是_A斜槽必須是光滑的B斜槽末端的切線必須水平Cm1與m2的球心在碰撞瞬間必須在同一高度Dm1每次必須從同一高度處滾下(2)實(shí)驗(yàn)中必須測量的物理量是_A小球的質(zhì)量m1和m2 B小球起始高度hC小球半徑R1和R

5、2 D小球起飛的時(shí)間tE桌面離地面的高度H F小球飛出的水平距離s解析本題考查驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法(1)實(shí)驗(yàn)中為保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，斜槽末端必須水平，要使兩球碰后均平拋，兩球心必須在同一高度，要保證小球m1碰前速度不變，m1每次必須從同一高度滾下，斜槽沒必要保證光滑，故B、C、D正確(2)必須測量兩球質(zhì)量m1、m2和小球平拋的水平距離，故選A、F.答案(1)BCD(2)AF(對應(yīng)學(xué)生用書P241)題型一實(shí)驗(yàn)原理的理解和誤差分析例1(2011遼寧模擬)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如下圖(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射

6、架等組成在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌空腔內(nèi)通入壓縮空氣；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；先_，然后_，讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；取下紙帶重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如上圖

7、(b)所示；測得滑塊1的質(zhì)量310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g.完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動(dòng)量為_kgm/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動(dòng)量為_kgm/s.(保留三位有效數(shù)字)(3)試說明(2)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是_答案(1)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源放開滑塊1 (2)0.6200.618 (3)紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔間有摩擦題型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理例2某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為1 2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其側(cè)面剛好接觸向

8、右上方拉動(dòng)B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng)，且最大擺角成30.若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為4%，此實(shí)驗(yàn)是否成功地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律？答案見解析(對應(yīng)學(xué)生用書P242)1某同學(xué)用下圖甲所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球(mAmB)的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中PQ是斜槽，QR為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡重復(fù)這種操作10次圖甲

9、中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對齊(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為_cm；(2)在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測量？答：_.(填選項(xiàng)字母)A水平槽上未放B球時(shí)，測量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離BA球與B球碰撞后，測量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離C測量A球或B球的直徑D測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)E測量O點(diǎn)相對于水平槽面的高度(3)實(shí)驗(yàn)中，對入射小球在斜槽上釋放點(diǎn)的高低對實(shí)驗(yàn)影響的說法中正確的是()A釋放點(diǎn)越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小B釋放點(diǎn)越低，兩球碰后水平位移越小

10、，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準(zhǔn)確C釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時(shí)，相互作用的內(nèi)力越大，碰撞前后動(dòng)量之差越小，誤差越小D釋放點(diǎn)越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱螅壍缹Ρ慌鲂∏虻淖枇υ叫〗馕?1)用一盡可能小的圓把小球落點(diǎn)圈在里面，由此可見圓心的位置是64.7 cm，這就是小球落點(diǎn)的平均位置(2)本實(shí)驗(yàn)中要測量的數(shù)據(jù)有：兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2，三個(gè)落點(diǎn)的距離x1、x2、x3，所以應(yīng)選A、B、D.(3)入射小球的釋放點(diǎn)越高入射小球碰前速度越大，相碰時(shí)內(nèi)力越大，阻力的影響相對減小，可以較好地滿足動(dòng)量守恒的條件也有利于減少測量水平位移時(shí)的相對誤差，從而使實(shí)驗(yàn)的誤差減小，選項(xiàng)C正確答案(1

11、)64.7(64.564.9均可)(2)A、B、D(3)C2某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕質(zhì)彈簧，如右圖所示，將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上，燒斷細(xì)線，觀察木塊的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行必要的測量，驗(yàn)證物體間相互作用時(shí)動(dòng)量守恒(1)該同學(xué)還必須有的器材是_(2)需要直接測量的數(shù)據(jù)是_.(3)用所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒的關(guān)系式是_解析這個(gè)實(shí)驗(yàn)的思路與課本上采用的實(shí)驗(yàn)的原理完全相同，也是通過測平拋運(yùn)動(dòng)的位移來代替它們作用完畢時(shí)的速度答案(1)刻度尺、天平(2)兩木塊的質(zhì)量m1、m2和兩木塊落地點(diǎn)分別到桌子兩側(cè)邊緣的水平距離x1、x2(3)m1x1m2x23如右圖所示是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒

12、的實(shí)驗(yàn)裝置彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)正下方桌子的邊沿有一豎直立柱實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2接觸且兩球等高將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時(shí)把球2放在立柱上釋放球1.當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對心碰撞碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球2落到水平地面上的C點(diǎn)測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒現(xiàn)已測出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a.B點(diǎn)離水平桌面的距離為b，C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c.此外：(1)還需要測量的量是_、_和_(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_(忽略小球的大小)解析(1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高

13、度a和b，由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測量彈性球1的質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動(dòng)量變化；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化4氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如上圖所示(彈簧的長度忽略不計(jì))，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB；b調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；c在A和B

14、間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；d用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1；e按下電鈕放開卡銷，同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量及其符號(hào)是_(2)利用上述測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是_，上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因有_(至少答出兩點(diǎn))5(2011北京理綜)如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容

15、易的但是，可以通過僅測量_(填選項(xiàng)前的符號(hào))，間接地解決這個(gè)問題A小球開始釋放高度hB小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)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，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)接下來要完成的必要步驟是_(填選項(xiàng)前的符號(hào))A用天平測量兩個(gè)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(diǎn)距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE測量平拋射程OM，ON(3)若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)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(yīng)滿足的表達(dá)式為_(用(2)中測量的量表示)(4)經(jīng)測定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖所示碰撞前、后m1的動(dòng)量分別為p1與p1，則p1 p1_ 11；若碰撞結(jié)束時(shí)m2的動(dòng)量為p2，則p1 p211 _.答案(1)C(2)ADE或DEA或DAE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2(4)142.911.01(5)76.8