高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 动量守恒定律说课ppt课件
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知识点一 动量守恒定律的推导1.内力和外力系统内物体之间的__________叫作内力.系统____其他物体对系统的作用力叫作外力.
(m1v1+m2v2)
(3)内容:物体在碰撞时,如果系统所受______为零,则系统的总动量________.(4)公式:m1v1+m2v2=_____________.
m1v1′+m2v2′
知识点二 动量守恒定律的验证1.实验原理质量分别为m1和m2的两小球A、B发生正碰,若碰撞前球A的速度为v1,球B静止,碰撞后的速度分别为v1′和v2′,根据动量守恒定律,应有:m1v1=m1v1′+m2v2′.
可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法,设计实验装置如图所示.
让入射球从同一位置释放,测出不发生碰撞时入射球飞出的水平距离lOP,再测出入射球、靶球碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON,只要验证m1lOP=m1lOM+m2lON,即可验证动量守恒定律.因小球从斜槽上滚下后做平抛运动,由平抛运动知识可知,只要小球下落的高度相同,在落地前运动的时间就相同,则小球的水平速度与飞出的水平距离成正比,所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离,代入公式就可验证动量守恒定律.
2.实验步骤(1)按照原理图安装实验仪器,通过水平调节螺钉使斜槽末端处于____,钢球放在上面能保持静止状态.在木板上依次铺上白纸、复写纸.利用______在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和点O′.(2)用天平测出两个大小相同、但质量不同的钢球的质量,质量大的钢球m1作为______,质量小的钢球m2作为____.
(3)先让入射球单独从斜槽上端紧靠定位板的位置下落,在白纸上留下落地碰撞的痕迹.(4)让入射球从斜槽上端________下落,与放在支球柱上的靶球发生碰撞,两球分别在白纸上留下落地碰撞的痕迹.(5)测出入射球m1两次落地碰撞点与点O的距离s和s1,靶球m2落地碰撞点与点O′的距离s2.(6)若m1s在实验误差允许范围内与m1s1+m2s2____,就验证了两钢球碰撞前后总动量守恒.
3.误差分析实验所研究的过程是两个不同质量的球发生水平正碰,因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件.实验中两球心高度不在同一水平面上,给实验带来误差.每次静止释放入射小球的释放点越高,两球相碰时内力越大,动量守恒的误差越小.应进行多次碰撞,小球的落点取平均位置来确定,以减小偶然误差.
4.注意事项(1)入射小球质量m1必须大于靶球质量m2,若入射小球质量小于被碰小球质量,则入射小球会被反弹,滚回斜槽后再返回抛出点过程中克服摩擦力做功,飞出时的速度大小小于碰撞刚结束时的速度大小,会产生较大的误差.
(2)斜槽末端的切线必须水平.(3)入射小球与靶球的球心连线与入射小球的初速度方向一致.(4)入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下.(5)地面应水平,白纸铺好后,实验过程中不能移动,否则会造成很大的误差.
关键能力·情境探究达成
【典例1】 用如图所示实验装置可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是,可以通过仅测量__________(填选项前的序号),间接地解决这个问题.A.小球做平抛运动的射程B.小球抛出点距地面的高度HC.小球开始释放时的高度h
[解析] 验证动量守恒定律实验中,即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是在落地高度不变的情况下,可以通过测水平射程来体现速度,故答案是A.
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影.实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP.然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复.
接下来要完成的必要步骤是___________.(按顺序填选项前的符号)A.测量小球m1开始释放时的高度hB.用天平测量两个小球的质量m1、m2C.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM、ON
[解析] 实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP.然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复.测量平均落点的位置,找到平抛运动的水平位移,因此步骤中D、E是必需的,而且D要在E之前.至于用天平称质量先后均可以,所以答案是BDE或DEB.
(3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为________________________________[用(2)中测量的量表示].
m2·ON=m1·OP
【典例2】 如图所示为实验室中验证碰撞中的动量守恒的实验装置示意图.
(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则( )A.m1>m2,r1>r2 B.m1
(3)设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,P为碰前入射小球落点的平均位置,则关系式(用m1、m2及图中字母表示) _____________________________成立,即表示碰撞中动量守恒.[解析] 因平抛落地时间相同,可用水平位移代替速度,故关系式为m1·OP=m1·OM+m2·ON.
m1·OP=m1·OM+m2·ON
【典例3】 如图所示为验证动量守恒的实验装置,气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,固定有相同遮光片的两弹性滑块A、B的质量分别为mA、mB实验过程如下:a.调节导轨使之水平;b.轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为Δt0;c.A与B相碰后,B和A先后经过光电门G2的遮光时间分别为ΔtB和ΔtA.
(1)实验中,滑块A、B的质量应满足mA________mB(选填“>”或“<”);[解析] 为了保证碰撞后,A不反弹,则滑块A、B的质量应满足mA>mB.
(3)滑块与导轨间的摩擦会导致测得的系统碰撞前的总动量________(选填“>”或“<”)碰撞后的总动量.[解析] 滑块与导轨间的摩擦,使滑块做减速运动,会导致测得的系统碰撞前的总动量大于碰撞后的总动量.
学习效果·随堂评估自测
1.(多选)在验证动量守恒定律实验中,下列关于小球落点的说法,正确的是( )A.如果小球每次从同一点无初速度释放,重复几次的落点一定是重合的B.由于偶然因素存在,重复操作时小球落点不重合是正常的,但落点应当比较密集
BD [由于各种偶然因素的影响,小球平抛落地点并不完全重合,而是落点非常密集,所以A错误,B正确;小球平抛水平距离的测量方法是:先确定落点的平均位置P,再测量O点到落点平均位置P的距离,所以C错误;落点平均位置的确定方法:用半径尽量小的圆把P1、P2、P3、…、P10圈住,这个圆的圆心就是入射小球落点的平均位置P,所以D正确.]
2.气垫导轨是一种实验辅助仪器,利用它可以非常精确地完成多个高中物理实验.滑块在导轨上运动时,可认为不受摩擦阻力.现利用气垫导轨验证动量守恒定律,实验装置如图所示.
(1)对导轨进行平衡调节,使气垫导轨和光电门都正常工作,在导轨上只放置滑块a.调整调节旋钮,轻推滑块,观察滑块a通过两光电门的时间,当_______________________________________________时,说明导轨已经水平.[解析] 如果平衡,滑块a将在导轨上做匀速运动,因此通过两个光电门所用的时间相等.
滑块a(的遮光条)通过两个光电门所用时间相等
3.(2022·浙江余姚中学高二阶段练习)如图所示为实验室中“验证动量守恒定律”的实验装置示意图.
(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则应满足________(填选项前的字母).A.m1>m2,r1>r2 B.m1>m2,r1<r2C.m1>m2,r1=r2 D.m1<m2,r1=r2[解析] 要保证两小球发生一维正碰,要求两小球半径相同;为了保证入射小球碰后不反弹,要保证m1>m2.故选C.
(3)本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度.下面的实验条件中,不能使小球飞行的水平距离表示水平速度的是________.A.轨道末端切线未调整为水平B.改变1小球初始释放点的位置C.使1、2两小球的直径之比改变为1∶3D.升高桌面高度
[解析] 要保证小球水平抛出,轨道末端切线应调整为水平,故A错误,符合题意;改变1小球初始释放点的位置,只改变初速度大小,小球仍做平抛运动,故B正确,不符合题意;使1、2两小球的直径之比改变为1∶3,不再发生一维碰撞,碰后小球速度不沿水平方向,故C错误,符合题意;升高桌面高度,小球仍做平抛运动,故D正确,不符合题意.
(4)设P为碰前入射小球落点的平均位置,M为碰后入射小球落点的平均位置,N为碰后被碰小球落点的平均位置,则关系式___________________________(用m1、m2及图中字母表示)成立,即可达到实验目的.[解析] 设P为碰前入射小球落点的平均位置,M为碰后入射小球落点的平均位置,N为碰后被碰小球落点的平均位置,根据m1x1=m1x1′+m2x2′,可知m1×OP=m1×OM+m2×ON.
m1×OP=m1×OM+m2×ON
4.如图,滑块A、B静止在水平气垫导轨上,两滑块间紧压一轻弹簧,滑块用绳子连接,绳子烧断后,轻弹簧掉落,两个滑块向相反方向运动.现拍得闪光频率为10 Hz的一组频闪照片.已知滑块A、B的质量分别为300 g、450 g,根据照片记录的信息可知,A、B离开弹簧后:
0.027 kg·m/s
(4)本实验中得出“在实验误差范围内,两滑块组成的系统动量守恒”,这一结论的依据是:_________________________________.[解析] A的动量pA=mAvA=0.300 kg×0.09 m/s=0.027 kg·m/s,由此可见A、B的动量大小相等、方向相反,它们的总动量为零,与释放前的总动量相等,因此系统动量守恒.
A、B的动量始终大小相等,方向相反
5.某同学设计了一个用打点计时器做“探究碰撞中的守恒量”的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动.他设计的具体装置如图甲所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力.
(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上).A为运动的起点,则应选________段来计算A碰前速度;应选________段来计算A和B碰后的共同速度.(以上两空选填“AB” “BC”“CD”或“DE”)
[解析] 从分析纸带上打点情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算A的碰前速度;从CD段打点情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度.
(2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰前mAv0=________kg·m/s;碰后(mA+mB)v共=________kg·m/s.
6.在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如图所示的装置进行如下的实验操作:
①先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于槽口处.使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O;②将木板向远离槽口平移一段距离,再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹B;
③然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端,小球a仍从原来挡板处由静止释放,与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C;④用天平测量a、b的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3.
(1)小球a与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C,其中小球a撞在木板上的________点(选填“A”或“C”).[解析] 碰撞后,a球的速度小于b球,可知a球在相等水平位移内,所用的时间较长,下降的高度较大,所以a球撞在木板上的C点.
高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四节 动量守恒定律的应用授课ppt课件: 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第四节 动量守恒定律的应用授课ppt课件,共54页。
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高中粤教版 (2019)第三节 动量守恒定律教学课件ppt: 这是一份高中粤教版 (2019)第三节 动量守恒定律教学课件ppt,共50页。PPT课件主要包含了学习目标等内容,欢迎下载使用。