适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第6章动量守恒定律实验探究课8验证动量守恒定律课件

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一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验思路在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否守恒。[方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞实验实验器材气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。
进行实验1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。 作用是减少摩擦力3.实验:接通电源,利用配套的数字计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度)。数据记录分析处理1.滑块速度的测量:v= ,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
[方案二]利用斜槽滚球验证动量守恒定律实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。进行实验1.测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。2.安装:按照如图甲所示的原理图安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平。 保证平抛
3.铺纸:白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。 确定水平运动初始点4.单球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。5.碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N,如图乙所示。改变入射小球的释放高度,重复实验。
数据记录分析处理1.小球水平射程的测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。2.验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。
三、误差分析1.系统误差:主要来源于实验器材及实验操作等。(1)碰撞是否为一维碰撞。(2)气垫导轨是否完全水平,入射小球的释放高度存在差异。2.偶然误差:主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。四、注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2.方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证,给滑块的初速度应沿着导轨的方向。(2)若利用平抛运动规律进行验证,实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
易错辨析·判一判(1)方案二中,可以不用测量小球的质量。(　×　)(2)实验中研究对象是相互碰撞的两个物体组成的系统。(　√　)(3)实验中,两个物体碰撞前要沿同一直线,碰撞后可不沿同一直线运动。(　×　)(4)方案一中导轨必须保持水平状态。(　√　)
典例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,P、M、N点到O点的距离分别为LOP、LOM、LON。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mA和被碰球B的质量mB的关系是mA　　　　(选填“>”“<”或“=”)mB。 (2)碰撞后B球的水平射程约为　　　　 cm。 (3)若系统动量守恒,则应有关系式　　　　　　。(用物理量的符号表示)答案 (1)>　(2)64.7(64.2~65.2均可)　(3)mA·LOP=mA·LOM+mB·LON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mA>mB。(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)若动量守恒,需验证的关系式为mAvA=mAvA'+mBvB'
对点演练1.(2022江西九江一模)用如图所示的装置来完成“验证动量守恒定律”的实验。实验中使用的小球1和2半径相等,用天平测得质量分别为m1、m2。在水平木板上铺一张白纸,白纸上面铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O。先不放小球2,使小球1从斜槽上某一点S由静止滚下,落到水平木板P点。再把小球2静置于斜槽轨道末端,重复上述操作,小球1和小球2碰撞后分别落在水平木板上,在白纸上留下各自落点的痕迹。
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,可以通过测量小球做平抛运动的水平射程来解决这个问题。确定碰撞前后落点的位置P、M、N,用刻度尺测量出水平射程lOP、lOM、lON①本实验必须满足的条件是　　　　　(选填字母); A.斜槽轨道必须是光滑的B.斜槽轨道末端必须是水平的C.小球1每次必须从同一位置由静止释放②若两球相碰前后的动量守恒,其表达式为:lOP=　　　(用m1、m2、lOM、lON表示); 
(2)在上述实验中换用不同材质的小球,其他条件不变,记录下小球的落点位置。下面三幅图中,可能正确的是　　　　(选填字母)。 
解析 (1)①因小球在斜槽末端的速度与平抛的水平位移成正比,所以斜槽是否光滑对该实验影响不大,故A错误;斜槽末端保持水平,是为了保证它们在水平碰撞后做平抛运动,故B正确;小球1每次必须从同一高度释放,保证尽可能每次碰撞情况相同,故C正确。
典例2.(2022全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:(1)调节导轨水平。(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为　　　　 kg的滑块作为A。 (3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。
(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示。
(6)表中的k2=　　　　(保留2位有效数字)。 
解析 本题考查弹性碰撞的验证以及表格法处理数据,意在考查实验能力。(2)要使两滑块碰撞后运动方向相反,应使质量小的滑块碰撞质量大的滑块,应选取质量为0.304 kg的滑块作为A。
对点演练2.如图所示,在水平桌面的左端固定一个圆弧槽滑道,滑道的末端与水平桌面相切。桌面的右端附近固定一个光电门。直径为d、质量为m1的小球1从圆弧槽上某处由静止释放。下滑到水平桌面向右运动通过光电门与静止在桌面右边缘的质量为m2的小球2发生正碰,碰后小球1向左弹回,小球2离开桌面做平抛运动。测出小球1连续两次通过光电门的时间分别为t1、t2(光电门与球心等高),桌面离水平地面高度为h,小球2碰后做平抛运动的水平位移为x。
(1)若两球的碰撞为弹性碰撞,则两球的质量大小关系应满足m2　　　(选填“<”“>”或“=”)m1。 (2)改变小球1在圆弧槽上静止释放的位置,重复实验,实验中测出多组t1、t2与x的数据。若要验证两小球在碰撞过程中动量守恒,则需要满足的关系式为　　　　　　　　　　;若碰撞过程是弹性碰撞,则还需要满足关系式　　　　　　　　　　。(用题中所给物理量的符号表示)