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    新教材适用2024版高考物理一轮总复习第6章动量和动量守恒定律实验8验证动量守恒定律课件

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    这是一份新教材适用2024版高考物理一轮总复习第6章动量和动量守恒定律实验8验证动量守恒定律课件,共58页。PPT课件主要包含了实验知识·自主回顾,核心考点·重点突破,年高考·1年模拟,量守恒,300cm,不需要,m1m2,BA图动量不守恒,C图总动能增加了,Δt1=Δt2等内容,欢迎下载使用。

    实验八 验证动量守恒定律
    一、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′,算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量是否相等。二、实验器材斜槽、小球(两个)、______、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线。
    三、实验步骤(1)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)按照如图甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端水平。
    (3)白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。(4)不放被撞小球,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小球所有的落点都圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端,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。
    (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入____________________________,看在误差允许的范围内是否成立。(7)整理好实验器材,放回原处。(8)实验结论:在实验误差允许范围内,碰撞系统的动量守恒。
    (2023·福建莆田二中模拟预测)在验证动量守恒定律的实验中,请回答下列问题:
    (1)实验记录如图甲所示,为测定A球不碰B时做平抛运动的落点的平均位置,把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了小球A落点附近的情况,可得A的平均落点到O点的距离应为____________ cm。(2)小球A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,这对实验结果______产生误差(填“会”或“不会”)。
    (3)实验装置如图甲所示,A球为入射小球,B球为被碰小球,以下有关实验过程中必须满足的条件,正确的是___。A.入射小球的质量mA,可以小于被碰小球的质量mBB.实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度C.入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放D.斜槽末端的切线必须水平,小球放在斜槽末端处,且应恰好静止
    (4)如果碰撞过程中系统机械能也守恒,根据图中各点间的距离,下列式子成立的有______。A.mAmB=ONMP B.mAmB=OPMPC.mAmB=OP(MN-OM) D.mAmB=ON(MN-OM)
    [解析](1)小球A落点,应该取多次落点的平均落地点,即用尽量小的圆把这些落点圈起来圆心的位置,由图可得距离应为65.5 cm;(2)在甲、乙两装置中,只要保证小球A到达底端的速度相同即可,轨道有无摩擦对实验结果不会产生误差。(3)入射小球的质量mA,不可以小于被碰小球的质量mB,否则A球碰后反弹,A错误;在实验中不需要小球的下落高度,只要能保证高度相同,即可知道两小球下落时间相同,故B错误;入射小球每次必从斜槽上的同一位置由静止释放,才能保证每次碰前的速度均相同;故C错误;斜槽末端的切线必须水平,小球放在斜槽末端处,应能静止,故D正确。
    〔变式训练1〕 (2023·四川成都高三模拟)一实验小组用图(a)所示装置验证动量守恒定律。装置中,小车P前端有橡皮泥,后端连着纸带,纸带穿过打点周期为0.02 s的打点计时器。(1)在长木板右端下面放垫块的目的是__________________________ _____________________________________________。
    平衡小车受到的摩擦力(或使
    小车重力的下滑分力等于小车受到的摩擦力)
    (2)放垫块并达成目的后,接通电源,轻推小车P使之运动,P运动一段时间后,与静止的小车Q相碰,碰后两车粘合在一起继续运动,两车碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。测得小车P(包括橡皮泥)的质量mP=0.60 kg,小车Q的质量mQ=0.40 kg。由以上数据求得两车组成的系统碰前总动量为__________ kg· m/s,碰后总动量为____________ kg· m/s(结果保留3位小数)。(3)实验结论为:在误差允许的范围内,________________________ _________。
    两车组成的系统碰撞前后动
    验证动量守恒实验创新主要是两种途径:(1)用新器材实现实验方式的创新,比如使用气垫导轨来减少摩擦力对实验的影响。(2)从实验模型角度进行创新,因此所有满足动量守恒定律的模型均可以用来验证动量守恒。
    (2023·河北冀州中学模拟预测)某同学设计了如图甲所示的实验装置验证水平方向动量守恒定律,所用器材:气垫导轨、带四分之一圆弧轨道的滑块(水平长度L)、光电门、金属小球、游标卡尺、天平等。(1)实验步骤如下:①按照如图甲所示,将光电门A固定在滑块左端,用天平测得滑块和光电门A的总质量为M,光电门B固定在气垫导轨的右侧。②用天平称得金属球的质量为m,用20分度游标卡尺测金属球的直径,示数如图乙所示,小球的直径d=_____________ cm。
    ③开动气泵,调节气垫导轨水平,让金属小球从C点静止释放。A、B光电门的遮光时间分别为Δt1、Δt2(光电门B开始遮光时小球已离开滑块)。(2)验证M、m系统水平方向动量守恒_________(填“需要”或“不需要”)保证滑块的上表面光滑。(3)如图验证M、m系统水平方向动量守恒,只需验证_____________________成立即可(用M、m、d、L、Δt1、Δt2表示)。
    [解析](1)②20分度的游标卡尺,每相邻两个格的实际长度为0.95 mm,由此可得小球的直径为d=32.00 mm-20×0.95 mm=13.00 mm=1.300 cm。(2)即使上表面不光滑,系统水平方向合外力也为零,所以也满足动量守恒,即不需要保证滑块的上表面光滑;(3)令小球脱离滑块时对地的速度为v1,滑块对地的速度为v2,根据动量守恒则有0=Mv2-mv1,
    〔变式训练2〕 (2023·福建福州模拟预测)厦门中学生助手设计了一个实验演示板做“探究碰撞中的不变量”的实验,主要实验步骤如下:①选用大小为120 cm×120 cm的白底板竖直放置,悬挂点为O,并标上如图所示的高度刻度;
    ②悬挂点两根等长不可伸长的细绳分别系上两个可视为质点的A摆和B摆,两摆相对的侧面贴上双面胶,以使两摆撞击时能合二为一,以相同速度一起向上摆;③把A摆拉到右侧h1的高度,释放后与静止在平衡位置的B摆相碰。当AB摆到最高点时读出摆中心对应的高度h2;
    回答以下问题:(1)若A、B摆的质量分别为mA、mB,则验证动量守恒的表达式为_____________________。(2)把A摆拉到右侧的高度为0.8 m,两摆撞击后一起向左摆到的高度为0.2 m,若满足A摆的质量是B摆的质量的___倍,即可验证系统动量守恒,从而可以得出A摆碰前初动能为碰后两摆损失机械能的___倍。
    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.(2023·河北高三模拟)如图所示,用碰撞实验器可以研究两个刚性小球在水平轨道碰撞前后的动量关系。实验时先让质量为m1的小球1从斜槽上某一固定位置Q由静止开始释放,从轨道末端水平抛出,落到位于水平地面的P点。再把质量为m2的小球2放在水平轨道末端,让小球1仍从位置Q由静止释放,两小球碰撞后从轨道末端水平抛出,小球2落到位于水平地面的N点,小球1落到位于水平地面的M点。则碰撞前的动
    (1)本实验中刚性小球1的质量m1与刚性小球2的质量m2大小应满足的关系__________;(2)若实验中换用不同材质的小球,其他条件不变,可以改变小球的落点位置。下面三幅图中,可能正确的落点分布是__________________ ___________________。
    3.(2023·山东胜利一中模拟预测)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。用天平测量两个小球的质量m1、m2,且m1>m2;直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的,但是可以通过测量相关量,来间接解决这个问题。下面是三个实验小组的实验情况:
    (1)实验小组甲的实验装置如图1所示。图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影,实验时,先让入射球m1多次从斜轨上A位置静止释放;然后把被碰小球m2静止于轨道的水平部分,再将入射小球m1,从斜轨上A位置静止释放,与小球m2相撞,并多次重复,分别找到小球的平均落点M1、P1、N1,并测量出平均水平位移OM1、OP1、ON1的长度x1、x2、x3。(用上述步骤中测量的量表示),若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为:_______________________。
    m1x2=m1x1+m2x3
    (2)实验小组乙的实验装置如图2所示。在水平槽末端的右侧放置一个竖直屏,竖直屏的O点与小球的球心等高。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验(1)的操作,得到两球落在竖直屏上的平均落点M2、P2、N2,量出OM2、OP2、ON2的高度h1,h2、h3。(用上述步骤中测量的量表示),则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为:_______________。
    (3)实验小组丙的实验装置如图3所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验(1)的操作,得到两球落在斜面上的平均落点M3、P3、N3,用刻度尺测量斜面顶点到M3、P3、N3三点的距离分别为l1、l2、l3。(用上述步骤中测量的量表示)则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_________________________。
    [解析](1)设小球1碰撞前瞬时速度为v0,碰撞后瞬间小球1、小球2的速度分别为v1、v2。小球离开轨道后做平抛运动,由于小球抛出点的高度均相同,在空中的运动时间t相等,水平位移x与其初速度成正比,可以用小球的水平位移代替小球的初速度。无碰撞时小球1的平均落点为P1,碰撞后小球1、小球2的平均落点分别为M1、N1。若两球碰撞过程动量守恒,则有:m1v0=m1v1+m2v2,又有x2=v0t,x1=v1t,x3=v2t,联立整理得m1x2=m1x1+m2x3。若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为m1x2=m1x1+m2x3。
    4.(2023·广东模拟预测)某物理兴趣小组利用如图所示的装置“探究动量守恒定律”,AB是倾角大小可以调节的长木板,BC是气垫导轨(气垫导轨可看成光滑轨道),忽略小球通过B点时的速度变化,光电门1与光电门2固定在气垫导轨BC上。
    (1)将质量为m、直径为d1的小球a从长木板上的位置O1由静止释放,小球a通过光电门1、2的挡光时间分别为Δt1与Δt2,当_______________时,表明气垫导轨已调至水平位置。(2)将质量为3m、直径为d2的小球b静置于气垫导轨上的位置O2,使小球a从长木板上的位置O1由静止释放,小球a先后通过光电门的挡光时间分别为Δt3与Δt4,小球b通过光电门的挡光时间为Δt5。①若小球a、b碰撞过程动量守恒,则必须满足的关系式为__________________;
    (4)关于本实验的误差,该小组成员有不同的观点,其中正确的是___。A.保持长木板倾角一定,将小球a的释放点适当上移,可减小误差B.保持小球a的释放点不变,将长木板的倾角适当增大,可减小误差C.同等实验条件下,将倾斜长木板换为更光滑的玻璃板,可减小误差D.以上说法都不正确
    [解析](1)若气垫导轨调至水平位置,则小球a在气垫导轨上将做匀速直线运动,通过光电门1、2的时间相等,即Δt1=Δt2。(2)①两小球碰撞前后动量守恒,因为小球a的质量较小,所以碰撞
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