还剩22页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套人教版高中物理选择性必修一教学课件
成套系列资料，整套一键下载
人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律图片ppt课件
展开
这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律4 实验：验证动量守恒定律图片ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了梳理·必备知识，突破·关键能力，要点三实验创新设计等内容，欢迎下载使用。
[定位·学习目标]1.能依据已有知识合理设计实验方案。2.能合理地选择实验器材,获得实验数据,分析实验数据,形成结论。3.能撰写实验报告,用学过的物理术语、图表等交流本实验的探究过程与结论。4.坚持实事求是,在合作中既能坚持观点又能修正错误。
一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验原理1.为了使问题简化,这里研究两个物体的碰撞,且碰撞前两物体沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动。2.设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′,如果速度与规定的正方向相同取正值,相反取负值。3.根据实验求出两物体碰前总动量p=m1v1+m2v2,碰后总动量p′=m1v1′+m2v2′,看p与p′是否相等,从而验证动量守恒定律。
三、实验器材方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。四、实验步骤方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.测质量:用天平测出滑块的质量。2.安装:正确安装好气垫导轨,如图所示。
3.实验(1)如图甲所示,在滑块上安装好弹性碰撞架。将两滑块分别从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度。测出它们的质量后,将实验结果记入相应表格中。(2)如图乙所示,在滑块上安装好撞针及橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后与另一滑块碰撞,之后一起运动经过另一光电门,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入相应表格中。
(3)如图丙所示,把中间夹有轻质压缩弹簧的两滑块置于光电门中间保持静止,并用细线将两滑块固定。烧断细线,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入设计好的表格中。
方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒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:按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。
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。4.放球找点:不放被碰小球,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:把被碰小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤4中的高度)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和被碰小球落点的平均位置N。如图所示。6.测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。7.整理:将实验器材放回原处。
五、数据分析方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.将所得的数据代入表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,验证动量守恒定律。方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1.被碰小球m2的初速度v2=0,需要验证表达式m1v1=m1v1′+m2v2′。在本实验中,做平抛运动的小球落到地面,它们的下落高度相同,飞行时间t也就相同,它们飞行的水平距离s=vt,与小球开始做平抛运动时的水平速度v成正比。设小球下落的时间为t,则有OP=v1t,OM=v1′t,ON=v2′t,把以上各式代入m1v1=m1v1′+m2v2′,可得m1·OP=m1·OM+m2·ON。2.将所得数据代入表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON,验证动量守恒定律。实验结论:系统在所受合力等于零时总动量保持不变。
六、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。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。
七、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,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证,则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。
要点一 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(1)实验中气垫导轨的作用是① ; ② 。
解析:(1)①大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。②保证两个滑块的碰撞是一维的。
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(2)碰撞前滑块1的速度v1为 m/s;碰撞后滑块1的速度v2为 m/s,滑块2的速度v3为 m/s。(结果均保留2位有效数字)
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(3)在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由。(回答两个不变量)① ; ② 。
解析:(3)①系统碰撞前后总动量不变。原因:系统碰撞之前的动量m1v1=0.15 kg· m/s,系统碰撞之后的动量m1v2+m2v3=0.15 kg· m/s。
(2)实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在。利用气垫导轨进行实验,调节时注意利用水平仪,确保导轨水平。
要点二 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(1)碰撞后B球的水平射程是 cm。
解析:(1)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点,可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.8 cm。
答案:(1)64.8
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(2)在以下四个选项中,本次实验必须进行的测量是 。(多选) A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离
C.A、B两球的质量D.G点相对于水平槽面的高度
解析:(2)根据实验原理可得mAv0=mAv1+mBv2,球离开斜槽后做平抛运动,在空中的运动时间t相等,则mAv0t=mAv1t+mBv2t,即mAxA=mAxA′+mBxB′,所以不需要测量水平槽面离地面的高度或小球在空中飞行的时间,需要测量A球和B球的质量以及A球两次落地时的水平距离和B球落地时的水平距离,故D错误,A、B、C正确。
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′,已知A、B两球半径均为r,A、B两球质量分别为mA、mB,则通过表达式 (用所给字母表示)即可验证A、B两球碰撞中动量守恒。
解析:(3)由(2)可知实验需要验证的表达式为mAxA=mAxA′+mBxB′。
答案:(3)mAxA=mAxA′+mBxB′
[例3] (教材第19页第1题改编)某同学设计了一个用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,给小车A一定的初速度,使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体,继续做匀速直线运动。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的频率为50 Hz,长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。(1)若得到打点纸带如图乙所示,并已将测得各计数点间距离标在图上。A为运动起始的第一点,则应选 段来计算小车A碰撞前的速度,应选 段来计算小车A和小车B碰撞后的共同速度。(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
解析:(1)由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于碰撞之前小车A独自运动的速度,故AC应在碰撞之前,DE应在碰撞之后。推动小车A由静止开始运动,故小车A有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,故BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰撞前的速度。碰撞过程是一个变速运动的过程,而小车A和B碰撞后共同运动时做匀速直线运动,故在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰撞后共同的速度。
答案:(1)BC DE
[例3] (教材第19页第1题改编)某同学设计了一个用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,给小车A一定的初速度,使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体,继续做匀速直线运动。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的频率为50 Hz,长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。(2)测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰撞前mAvA+mBvB= kg·m/s;碰撞后mAvA′+mBvB′= kg·m/s。
答案:(2)0.420 0.417
[即时训练] 某班物理兴趣小组选用如图所示装置来验证动量守恒定律。将一段不可伸长的轻质绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点,另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径),把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧。在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨,气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的挡光片)、光电门(已连接数字毫秒计)。当地的重力加速度为g。某同学按如图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触且无压力)和光电门,调整好气垫导轨高度,确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置由静止释放,摆到最低点N与滑块B碰撞,碰撞后小钢球A并没有立即反向,碰撞时间极短。(1)为完成实验,除了毫秒计读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和挡光片的宽度d外,还需要测量的物理量有 。(多选) A.小钢球A的质量mAB.绳长LC.小钢球从M到N运动的时间(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB= 。(用题中已给的物理量符号来表示) (3)实验中需要验证的表达式是 。(用题中已给的物理量符号来表示)
[定位·学习目标]1.能依据已有知识合理设计实验方案。2.能合理地选择实验器材,获得实验数据,分析实验数据,形成结论。3.能撰写实验报告,用学过的物理术语、图表等交流本实验的探究过程与结论。4.坚持实事求是,在合作中既能坚持观点又能修正错误。
一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验原理1.为了使问题简化,这里研究两个物体的碰撞,且碰撞前两物体沿同一直线运动,碰撞后仍沿这一直线运动。2.设两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1′、v2′,如果速度与规定的正方向相同取正值,相反取负值。3.根据实验求出两物体碰前总动量p=m1v1+m2v2,碰后总动量p′=m1v1′+m2v2′,看p与p′是否相等,从而验证动量守恒定律。
三、实验器材方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒斜槽、铁架台、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。四、实验步骤方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒1.测质量:用天平测出滑块的质量。2.安装:正确安装好气垫导轨,如图所示。
3.实验(1)如图甲所示,在滑块上安装好弹性碰撞架。将两滑块分别从左、右以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞,碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门,光电计时器分别测出两滑块碰撞前后的速度。测出它们的质量后,将实验结果记入相应表格中。(2)如图乙所示,在滑块上安装好撞针及橡皮泥,将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间,装有撞针的滑块从一侧经过光电门后与另一滑块碰撞,之后一起运动经过另一光电门,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入相应表格中。
(3)如图丙所示,把中间夹有轻质压缩弹簧的两滑块置于光电门中间保持静止,并用细线将两滑块固定。烧断细线,测出两滑块的质量和速度,将实验结果记入设计好的表格中。
方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒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:按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。
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。4.放球找点:不放被碰小球,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:把被碰小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度(同步骤4中的高度)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和被碰小球落点的平均位置N。如图所示。6.测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。7.整理:将实验器材放回原处。
五、数据分析方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
2.将所得的数据代入表达式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,验证动量守恒定律。方案二:研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒1.被碰小球m2的初速度v2=0,需要验证表达式m1v1=m1v1′+m2v2′。在本实验中,做平抛运动的小球落到地面,它们的下落高度相同,飞行时间t也就相同,它们飞行的水平距离s=vt,与小球开始做平抛运动时的水平速度v成正比。设小球下落的时间为t,则有OP=v1t,OM=v1′t,ON=v2′t,把以上各式代入m1v1=m1v1′+m2v2′,可得m1·OP=m1·OM+m2·ON。2.将所得数据代入表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON,验证动量守恒定律。实验结论:系统在所受合力等于零时总动量保持不变。
六、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。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。
七、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,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证,则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。
要点一 研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(1)实验中气垫导轨的作用是① ; ② 。
解析:(1)①大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。②保证两个滑块的碰撞是一维的。
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(2)碰撞前滑块1的速度v1为 m/s;碰撞后滑块1的速度v2为 m/s,滑块2的速度v3为 m/s。(结果均保留2位有效数字)
[例1] 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。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接通光电计时器;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读出滑块通过两个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Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g。数据处理与实验结论:(3)在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由。(回答两个不变量)① ; ② 。
解析:(3)①系统碰撞前后总动量不变。原因:系统碰撞之前的动量m1v1=0.15 kg· m/s,系统碰撞之后的动量m1v2+m2v3=0.15 kg· m/s。
(2)实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在。利用气垫导轨进行实验,调节时注意利用水平仪,确保导轨水平。
要点二 研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(1)碰撞后B球的水平射程是 cm。
解析:(1)将10个点圈在圆内的最小圆的圆心作为平均落点,可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程约为64.8 cm。
答案:(1)64.8
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(2)在以下四个选项中,本次实验必须进行的测量是 。(多选) A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A、B两球落点位置到O点的距离
C.A、B两球的质量D.G点相对于水平槽面的高度
解析:(2)根据实验原理可得mAv0=mAv1+mBv2,球离开斜槽后做平抛运动,在空中的运动时间t相等,则mAv0t=mAv1t+mBv2t,即mAxA=mAxA′+mBxB′,所以不需要测量水平槽面离地面的高度或小球在空中飞行的时间,需要测量A球和B球的质量以及A球两次落地时的水平距离和B球落地时的水平距离,故D错误,A、B、C正确。
[例2] (2021·四川成都月考)某同学设计如图甲所示的装置,通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量,图中PQ是斜槽,QR为水平槽,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,再把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。图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图乙所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐。(3)若本实验中测量出未放B球时A球落点位置到O点的距离为xA,碰撞后A、B两球落点位置到O点的距离分别为xA′、xB′,已知A、B两球半径均为r,A、B两球质量分别为mA、mB,则通过表达式 (用所给字母表示)即可验证A、B两球碰撞中动量守恒。
解析:(3)由(2)可知实验需要验证的表达式为mAxA=mAxA′+mBxB′。
答案:(3)mAxA=mAxA′+mBxB′
[例3] (教材第19页第1题改编)某同学设计了一个用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,给小车A一定的初速度,使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体,继续做匀速直线运动。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的频率为50 Hz,长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。(1)若得到打点纸带如图乙所示,并已将测得各计数点间距离标在图上。A为运动起始的第一点,则应选 段来计算小车A碰撞前的速度,应选 段来计算小车A和小车B碰撞后的共同速度。(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
解析:(1)由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于碰撞之前小车A独自运动的速度,故AC应在碰撞之前,DE应在碰撞之后。推动小车A由静止开始运动,故小车A有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,故BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰撞前的速度。碰撞过程是一个变速运动的过程,而小车A和B碰撞后共同运动时做匀速直线运动,故在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰撞后共同的速度。
答案:(1)BC DE
[例3] (教材第19页第1题改编)某同学设计了一个用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,给小车A一定的初速度,使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体,继续做匀速直线运动。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的频率为50 Hz,长木板下垫着小木块用以平衡摩擦力。(2)测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰撞前mAvA+mBvB= kg·m/s;碰撞后mAvA′+mBvB′= kg·m/s。
答案:(2)0.420 0.417
[即时训练] 某班物理兴趣小组选用如图所示装置来验证动量守恒定律。将一段不可伸长的轻质绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点,另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径),把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧。在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨,气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的挡光片)、光电门(已连接数字毫秒计)。当地的重力加速度为g。某同学按如图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触且无压力)和光电门,调整好气垫导轨高度,确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置由静止释放,摆到最低点N与滑块B碰撞,碰撞后小钢球A并没有立即反向,碰撞时间极短。(1)为完成实验,除了毫秒计读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和挡光片的宽度d外,还需要测量的物理量有 。(多选) A.小钢球A的质量mAB.绳长LC.小钢球从M到N运动的时间(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB= 。(用题中已给的物理量符号来表示) (3)实验中需要验证的表达式是 。(用题中已给的物理量符号来表示)
相关课件
高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律教学演示课件ppt： 这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律教学演示课件ppt，共57页。PPT课件主要包含了类型一，类型二，类型三等内容，欢迎下载使用。
教科版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课堂教学课件ppt： 这是一份教科版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课堂教学课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了答案见解析，答案A左，答案C等内容，欢迎下载使用。
物理选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课前预习课件ppt： 这是一份物理选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课前预习课件ppt
