江苏版高考物理一轮复习第6章实验8验证动量守恒定律课件

这是一份江苏版高考物理一轮复习第6章实验8验证动量守恒定律课件，共60页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，实验类型·全突破，类型1，类型2等内容，欢迎下载使用。

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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。
(3)若利用斜槽小球碰撞应注意：①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④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。3．探究结论寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。
[题组训练]1．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置：　　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　　乙
(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>m2，r1m2，r1＝r2 D．m1(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为______________________(用装置图中的字母表示)。
[解析]　(1)为防止反弹造成入射小球返回斜槽，要求入射小球质量大于被碰小球质量，即m1>m2；为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞，要求两小球半径相同。故C正确。
(2)设入射小球为a，被碰小球为b，a球碰前的速度为v1，a、b相碰后的速度分别为v1′、v2′。由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时，可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度。因此，需验证的动量守恒关系m1v1＝m1v1′＋m2v2′可表示为m1x1＝m1x1′＋m2x2′。所以需要直尺、天平，而无需弹簧测力计、秒表。由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无需游标卡尺。
(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N。[答案]　(1)C　(2)AC(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N
2.气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现用带竖直挡板C、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示。采用的实验步骤如下：
a．用天平分别测出A、B的质量mA、mB；b．调整气垫导轨，使导轨处于水平；c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d．用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1；e．按下电钮放开卡销，同时分别记录A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B分别碰撞C、D时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)实验中还应测量的物理量及其符号是________________。(2)作用前A、B质量与速度乘积之和为________；作用后A、B质量与速度乘积之和为____________________________________。(3)作用前、后A、B质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有__________________________(至少答出两点)。
[解析]　A、B被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到达C、B到达D的时间t1和t2，测出A、B的质量，就可以探究碰撞中的不变量。(1)由上述分析可知，实验中还应测量的物理量为：B的右端至D的距离L2。
(3)产生误差的原因：①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差；②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；④气垫导轨可能不完全水平。
3．(2022·徐州模拟)某同学设计了一个用电磁打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示。小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
(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碰前的速度。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”)(2)已测得小车A的质量m1＝0.4 kg，小车B的质量为m2＝0.2 kg，则碰前两小车的总动量为______kg·m/s，碰后两小车的总动量为________kg·m/s。
[解析]　(1)从题图乙中纸带上打点的情况看，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A在碰前的运动情况，应选用BC段计算A碰前的速度。从CD段打点的情况看，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A和B碰后的共同速度。
[答案]　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417
1．数据处理本实验运用转换法，即将测量小球做平抛运动的初速度转换成测平抛运动的水平位移；由于本实验仅限于研究系统在碰撞前后动量的关系，所以各物理量的单位不必统一使用国际单位制的单位。
2．误差分析(1)系统误差主要来源于装置本身是否符合要求，即：①碰撞是否为一维碰撞。②实验是否满足动量守恒的条件。如斜槽末端切线方向是否水平，两碰撞球是否等大。(2)偶然误差：主要来源于质量和速度的测量。
3．改进措施(1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。(2)采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。
[题组训练]1．(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。
2．用如图甲所示的装置可以验证动量守恒定律。甲　　　　　　　　乙(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1______m2(选填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时，先让入射小球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，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是________(填选项前的字母)。
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放的高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(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)；
(4)经过测定，m1＝45.0 g，m2＝7.5 g，小球落地的平均位置距O点的距离如图乙所示。若用长度代表速度，则两球碰撞前“总动量”之和为________g·cm，两球碰撞后“总动量”之和为______g·cm。
[解析]　(1)为防止碰撞后入射球反弹，实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。(2)如果碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得：m1v1＝m1v2＋m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得：m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得：m1OP＝m1OM＋m2ON，实验需要测量：两球的质量、两球落点的水平位移，故选ADE。
(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为：m1OP＝m1OM＋m2ON。(4)两球碰撞前的动量之和：p＝m1OP＝45.0×44.80 g·cm ＝2 016 g·cm，碰撞后的总动量：p′＝m1OM＋m2ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60) g·cm＝2 001 g·cm。[答案]　(1)大于　(2)ADE　(3)m1OP＝m1OM＋m2ON　(4)2 016　2 001
验证动量守恒定律的方法很多，可以用气垫导轨还可以用等长悬线悬挂等大的小球完成，用斜槽验证动量守恒定律是本实验主要的考查方式，随着该部分由选考改为必考，相应出现了一些创新性实验。
类型2　实验拓展与创新
[题组训练]1.(实验目的的创新)为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：
①用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)。②按照如图所示的那样，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。④将小球m2放在斜槽末端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。
⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。(1)小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点是图中的__________点，m2的落点是图中的________点。
(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式____________________，则说明碰撞中动量守恒。(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式____________________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。
2．(实验器材的创新)(2021·江苏卷)小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量M＝200.0 g，槽码和挂钩的总质量m＝50.0 g。实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放，数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间Δt1和Δt2，以及这两次开始遮光的时间间隔Δt，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的变化量Δv。
图2(1)游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度d＝________ mm。(2)打开气泵，待气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是________________________________________________________。
(3)多次改变光电门2的位置进行测量，得到Δt和Δv的数据如下表，请根据表中数据，在方格纸上作出Δv-Δt图线。
(4)查得当地的重力加速度g＝9.80 m/s2，根据动量定理，Δv-Δt图线斜率的理论值为______ m/s2。(5)实验结果发现，图线斜率的实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因是________。A．选用的槽码质量偏小B．细线与气垫导轨不完全平行C．每次释放滑块的位置不同D．实验中Δt的测量值偏大
[解析]　(1)游标卡尺的读数为10 mm＋4×0.05 mm ＝10.20 mm。(2)滑块保持稳定，说明气垫导轨水平。(3)根据表格中数据描点并用直线连接。
[答案]　(1)10.20　(2)将气垫导轨调至水平(3)图见解析　(4)1.96　(5)BD
3．(实验方案的创新)某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：
A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片B．用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mbC．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间tF．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sbG．改变弹簧压缩量，进行多次测量
(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度为________ mm。(2)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即________＝________(用上述实验所涉及物理量的字母表示)。
[解析]　(1)螺旋测微器的固定刻度读数为2.5 mm，可动刻度读数为0.01×5.0 mm＝0.050 mm，所以最终读数为：2.5 mm＋0.050 mm＝2.550 mm。