高考物理总复习6.4实验7验证动量守恒定律课件PPT

这是一份高考物理总复习6.4实验7验证动量守恒定律课件PPT，共37页。PPT课件主要包含了-2-，-3-，-4-，-5-，-6-，-7-，-8-，-9-，命题点一，命题点二等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验原理在一维碰撞中,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。
三、实验方案实验方案1.利用气垫导轨完成一维碰撞实验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。3.实验: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改变滑块的初速度大小和方向)。4.验证:一维碰撞中的动量守恒。
实验方案2.利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰。4.测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度;测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度。5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。
实验方案3.在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验1.测质量:用天平测出两小车的质量。2.安装:如图所示安装实验装置。3.实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动。4.测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v= 算出速度。5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。
实验方案4.利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律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:如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。
3.铺纸:白纸在下,复写纸在上。记下重垂线所指的位置O。4.放球找点: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。如图所示。
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.探究结论:寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。五、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维。(2)实验是否满足动量守恒的条件,如气垫导轨是否水平,两球是否等大,用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。2.偶然误差:主要来源于质量m和速度v的测量。
教材原型实验例1(2017·广西南宁兴宁区期末)如图所示,用碰撞实验器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　　　　(填选项前的符号),间接地解决这个问题。 A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面的高度HC.小球做平抛运动的射程
(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Q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Q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　　　　。(填选项前的符号) A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.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
(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); 若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为　　　(用(2)中测量的量表示)。 
思维点拨验证动量守恒定律实验中,质量可测而瞬时速度较难。因此采用了落地高度不变的情况下,水平射程来反映平抛的初速度大小,所以仅测量小球抛出的水平射程来间接测出速度。过程中小球释放高度不需要测量,小球抛出高度也不要求测量。最后可通过质量与水平射程乘积来验证动量是否守恒。
例2(2017·四川成都武侯区模拟)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。我们可以用带竖直挡板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(弹簧的长度忽略不计)。
采用的实验步骤如下:a.用天平分别测出滑块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,同时分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰撞挡板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两滑块质量与速度乘积之和为　　　;作用后A、B两滑块质量与速度乘积之和为　　　　　　　　　　。 (3)作用前、后A、B两滑块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:(1)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板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气垫导轨不完全水平。
思维点拨A、B两滑块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C、B到D的时间t1和t2,测出两滑块的质量,就可以探究碰撞中的不变量。
创新实验例3(2017·吉林长春南关区期末)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　　　　(选填“A”或“C”)点。 (2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　(仅用ma、mb、y1、y2、y3表示)。 
解析:(1)碰后va'思维点拨(1)抓住碰撞后a球的速度小于b球,结合水平位移相等得出平抛运动的时间大小关系,从而确定下降的高度大小关系,确定出落点的位置。(2)抓住碰撞前的总动量和碰撞后的总动量相等,结合平抛运动的规律表示出速度,从而得出验证的表达式。
例4(2017·江西南昌期末)现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律。在图甲中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片,光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。
实验测得滑块A的质量m1=0.30 kg,滑块B的质量m2=0.10 kg,遮光片的宽度d=0.90 cm;打点计时器所用交变电流的频率f=50.0 Hz。将光电门固定在滑块B的右侧,启动打点计时器,给滑块A一向右的初速度,使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为ΔtB=3.50 ms,碰撞前后打出的纸带如图乙所示。则碰撞后A、B两物体的动量分别为　　　　　　 kg·m/s、　　　　 kg·m/s。 本次实验的相对误差绝对值
为　　　%。(本题计算结果全部保留两位有效数字) 
答案:0.29　0.26　8.3
思维点拨根据图示由纸带求出滑块速度及根据光电门求出速度,然后求出碰撞前后的动量,根据题目要求判断动量,从而求出相对误差。
1.(2017·山东菏泽期末)右图是用来验证动量守恒的实验装置,弹性球1用细线悬挂于O点,O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高。将球1拉到A点,并使之静止,同时把球2放在立柱上。释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞,碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点。测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c。
(1)还需要测量的量是　　　　　　、　　　和　　　　　　　。 (2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为　　　　　　　　　　　　　　　。(忽略小球的大小)
答案:(1)弹性球1、2的质量m1、m2　立柱高h　桌面离水平地面的高度h0
解析:(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球1碰撞前后的高度a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故只要再测量弹性球1的质量m1,就能求出弹性球1的动量变化;根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度h0就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化,故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面离水平地面的高度h0就能求出弹性球2的动量变化。(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程
2.(2017·山东日照二模)为了验证动量守恒定律,图甲所示的气垫导轨上放着两个滑块,滑块A的质量为500 g,滑块B的质量为200 g。每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器的频率均为50 Hz。调节设备使气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两个滑块以不同的速度相向运动,碰撞后粘在一起继续运动。图乙为纸带上选取的计数点,每两个计数点之间还有四个点没有画出。
(1)判断气垫导轨是否处于水平,下列措施可行的是　　(填字母代号)。 A.将某个滑块轻放在气垫导轨上,看滑块是否静止B.让两个滑块相向运动,看是否在轨道的中点位置碰撞C.给某个滑块一个初速度,看滑块是否做匀速直线运动D.测量气垫导轨的两个支架是否一样高(2)根据图乙提供的纸带,计算碰撞前两滑块的总动量大小p=　　　　 kg·m/s;碰撞后两滑块的总动量大小为p'=　　　　 kg·m/s。多次实验,若碰撞前后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等,则动量守恒定律得到验证。(结果保留两位有效数字) 
答案:(1)AC　(2)0.28　0.28解析:(1)气垫导轨处于水平,滑块受力平衡,故如果将滑块轻放在气垫导轨上,滑块应静止,而如果给滑块一初速度,则滑块将做匀速运动;而两滑块相向运动时,在中点相遇,因速度不同,故不一定说明它们做匀速运动;导轨两支架水平但如果桌面不平则也不会水平,故测量支架高度的方法也不可行,故AC正确,BD错误;
(2)由题意可知,图中两点间的时间间隔为T=0.02×5 s=0.1 s;碰前A在0.1 s内的位移为xA=8.02 cm=0.080 2 m;B的位移为xB=6.00 cm=0.060 0 m;碰后共同在0.1 s内的位移为x=4.00 cm=0.040 0 m;
碰后的动量为p2=(mA+mB)v=(0.5+0.2)×0.4 kg·m/s=0.28 kg·m/s。
3.(2017·河北故城县月考)如图甲所示,用碰撞实验器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)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示。碰撞前后m1的动量分别为p1与p1',则p1∶p1'=　　　　∶11;若碰撞结束时m2的动量为p2',则p1'∶p2'=11∶　　　　。实验结果说明,碰撞前后总动量的比值
(2)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用(1)中已知的数据,分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为　　 cm。
答案:(1)14　2.9　1(1~1.01均可) (2)76.8
4.(2017·山东东营利津县月考)某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验: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。在小车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。 
答案:(1)BC　DE　(2)0.420　0.417解析:(1)从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段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算小车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。
碰撞后A、B的总动量p=(m1+m2)v=(0.2+0.4)×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s。