高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律优秀课件ppt

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第4节 实验：验证动量守恒定律

1. 某同学用图甲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律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，调节实验装置，使小球放在QR上时恰能保持静止，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹．重复上述操作10次，得到10个落点痕迹．然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次．

图甲中O是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，P为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点．若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP.米尺的零点与O点对齐．

(1)入射球A的质量和被碰球B的质量的关系是________(选填“”“”或“＝”)．

(2)碰撞后B球的水平射程约为________cm.

(3)下列选项中，属于本次实验必须测量的是________(填选项前的字母)．

A．水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离

B．A球与B球碰撞后，测量A球平均落点位置到O点的距离

C．测量A球或B球的直径

D．测量A球和B球的质量

E．测量G点相对于水平槽面的高度

(4)若系统动量守恒，则应有关系式：________________________________________.

 2.某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．

(1)下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通数字计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间＝8.35 ms；

⑧测出挡光板的宽度5 mm，测得滑块1的质量为＝300 g，滑块2(包括弹簧)的质量为＝200 g.

(2)数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

A.________________________________________________________________________；

B.________________________________________________________________________.

②碰撞前滑块1的速度为__________ m/s；碰撞后滑块1的速度为__________ m/s；碰撞后滑块2的速度为__________ m/s；(结果均保留两位有效数字)

③碰撞前系统的总动量为＝________.

碰撞后系统的总动量为＝________.

由此可得实验结论：__________________________________.

3. “验证碰撞中的动量守恒”实验装置如图所示，让质量为m1的小球A从斜槽上的某一位置自由滚下，与静止在支柱上大小相等、质量为m2的小球B发生碰撞．(球A运动到水平槽末端时刚好与B球发生碰撞)

(1)安装轨道时，要求轨道末端________．

(2)两小球的质量应满足m1________m2.

(3)用游标卡尺测小球直径时的读数如图所示，则小球的直径d＝________ cm.

(4)实验中还应测量的物理量是________．

A．两小球的质量m1和m2

B．小球A的初始高度h

C．轨道末端切线离地面的高度H

D．两小球平抛运动的时间t

E．球A单独滚下时的落地点P与O点的距离sOP

F．碰后A、B两小球的落地点M、N与O点的距离sOM和sON

(5)若碰撞中动量守恒，根据图中各点间的距离，下列式子可能成立的是________．

A.＝             B.＝

C.＝          D.＝

(6)若碰撞过程无机械能损失，除动量守恒外，还需满足的关系式是________．(用所测物理量的符号表示)

4. 利用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上．O点到A球球心的距离为L.使悬线在A球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为α，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推移到与竖直方向夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D.保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录了多个B球的落点，重力加速度为g.(悬线长远大于小球半径)

(1)图中x应是B球初始位置到________的水平距离．

(2)为了验证动量守恒，应测得的物理量有________________．

(3)用测得的物理量表示(vA为A球与B球刚要相碰前A球的速度，vA′为A球与B球刚相碰后A球的速度，vB′为A球与B球刚相碰后B球的速度)：mAvA＝________________；

＝_________；mBvB′＝________________.

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第4节 实验：验证动量守恒定律

参考答案

1. (1)(2)　(3)ABD　(4)

解析:(1)要使两球碰后都向右运动，A球质量应大于B球质量，即

(2)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心为平均落点，可由米尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.7 cm.

(3)从同一高度做平抛运动，飞行的时间t相同，而水平方向为匀速直线运动，故水平位移，所以只要测出小球飞行的水平位移，就可以用水平位移的测量值代替平抛初速度．故需测出未放B球时A球飞行的水平距离OP和碰后A、B球飞行的水平距离OM和ON，及A、B两球的质量，故A、B、D正确．

(4)若动量守恒，需验证的关系式为mAvA＝mAvA′＋mBvB′，

将vA＝，vA′＝，vB′＝代入上式得mA·OP＝mA·OM＋mB·ON.

2.见解析

解析:(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．

B．保证两个滑块的碰撞是一维的．

②滑块1碰撞之前的速度v1＝＝ m/s≈0.50 m/s；

滑块1碰撞之后的速度

v2＝＝ m/s≈0.10 m/s；

滑块2碰撞之后的速度v3＝＝ m/s≈0.60 m/s；

③系统碰撞之前＝0.15 kg·m/s，系统碰撞之后0.15 kg·m/s.

通过实验结果，可得结论：在实验误差允许的范围内，两滑块相互作用的过程，系统的动量守恒．

3. (1)切线水平　(2)>　(3)1.04　(4)AEF  (5)B　(6)m1sOP2＝m1sOM2＋m2(sON－d)2

解析:(1)为了保证每次小球都做平抛运动，则需要轨道的末端切线水平．

(2)验证碰撞中的动量守恒实验，为防止入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即m1>m2.

(3)游标卡尺的游标是10分度的，其精确度为0.1 mm，则读数为：10 mm＋4×0.1 mm＝10.4 mm＝

1.04 cm.

(4)小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相同，在空中的运动时间t相等，两球碰撞动量守恒，有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′，

两边同时乘以时间t，则m1v1t＝m1v1′t＝m2v2′t，

根据落点可化简为：m1·sOP＝m1sOM＋m2(sON－d)，

则实验还需要测出：两小球的质量m1和m2；球A单独滚下时的落地点P点到O点的距离sOP和碰后A、B两小球的落地点M、N与O点的距离sOM和sON，故选A、E、F.

(5)根据动量守恒：m1·OP＝m1OM＋m2O′N

即：＝＝，故B正确．

(6)若碰撞过程无机械能损失，则有m1v12＝m1v1′2＋m2v2′2

可得：m1sOP2＝m1sOM2＋m2(sON－d)2.

4. (1)B球平均落点　(2)mA、mB、α、β、H、L、x(3)mA　mA　mBx

解析：小球A在碰撞前、碰撞后的两次摆动过程，均满足机械能守恒定律．小球B在碰撞后做平抛运动，则x应为B球的平均落点到其初始位置的水平距离．碰撞前对A，由机械能守恒定律得

mAgL(1－cos α)＝mAvA2，

则：mAvA＝mA.

碰撞后对A，由机械能守恒定律得

mAgL(1－cos β)＝mAvA′2，

则：mAvA′＝mA.

碰后B做平抛运动，

有x＝vB′t，H＝gt2.

所以mBvB′＝mBx.

故要得到碰撞前后的动量，要测量的物理量有mA、mB、α、β、H、L、x.