高考物理復習 高效學習方略 實驗16 驗證動能守恒定律課件

一、實驗目的1驗證一維碰撞中的動量守恒2探究一維彈性碰撞的特點二、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質量m和碰撞前、后物體的速度v、v，找出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前、后動量是否守恒三、實驗器材除了利用斜槽進行碰撞實驗外，還有另外幾種方案：方案一：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標紙、膠布等方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥四、實驗步驟方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗1測質量：用天平測出滑塊質量2安裝：正確安裝好氣墊導軌3實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質量；改變滑塊的初速度大小和方向) 4驗證：一維碰撞中的動量守恒 方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗 1測質量：用天平測出兩小球的質量m1、m2. 2安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來 3實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下后它們相碰 4測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度 5改變條件：改變碰撞條件，重復實驗 6驗證：一維碰撞中的動量守恒 方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗 1測質量：用天平測出兩小車的質量 2安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥 3實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動. 五、注意事項1前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”2方案提醒：(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直將小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直面內(3)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力3探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變六、本實驗中的誤差分析1系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否為一維碰撞(2)實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗是否平衡了摩擦力 2偶然誤差：主要來源于質量m和速度v的測量 改進措施：(1)設計方案時應保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件 (2)采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差要點一實驗注意事項【例1】在利用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”實驗中，可導致實驗誤差的因素有()A導軌安放不水平B小車上擋光板傾斜C兩小車質量不相等D兩小車碰后連在一起解析ABA項中導軌不水平，小車速度將受重力影響B(tài)項中擋光板傾斜導致擋光板寬度不等于擋光階段小車通過的位移，導致速度計算出現誤差.要點二創(chuàng)新導航【例2】某同學用如圖所示的裝置做“驗證動量守恒定律”的實驗，先將球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復10次再把同樣大小的球b放在斜槽軌道水平段的最右端處靜止，讓球a仍從原固定點由靜止開始滾下，且與球b相碰，碰后兩球分別落在記錄紙的不同位置，重復10次(本實驗中的斜槽軌道摩擦可以忽略不計) (2)放上被碰小球b，兩球(mamb)相碰后，小球a、b的平均落點位置依次是題圖中的_點和_點 (3)某同學在做該實驗時，不小心把a、b兩小球位置換了，即把質量較大的a球(質量為ma)當成了被碰球，把質量較小的b球(質量為mb)當成了入射球，結果b球單獨滾下時平均落點為C點，而b球與a球相撞后b球和a球的平均落點分別為A點和B點(如圖所示)解析解答本題應明確實驗原理，從而確定必測物理量及檢驗公式，同時注意各小球對應的落地位置故可得以上各空的答案 1在利用懸線懸掛等大小球探究碰撞中的不變量實驗中，下列說法正確的是() A懸掛兩球的細繩長度要適當，且等長 B由靜止釋放小球以便較準確計算小球碰前速度 C兩小球必須都是鋼性球，且質量相同 D兩小球碰后可以粘合在一起共同運動 2在“探究碰撞中的不變量”的實驗中，也可以探索mv2這個量(對應于動能)的變化情況 (1)若采用弓形彈片彈開滑塊的方案，如圖甲所示，彈開后的mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)彈開前mv2的總量，這是因為_ (2)若采用圖乙的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量說明彈性碰撞中_守恒 (3)若采用圖丙的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量說明非彈性碰撞中，存在_損失解析(1)當采用甲圖方案時，彈開前后，彈片的彈性勢能轉變成了滑塊的動能故mv2的總量變大(2)采用乙圖方案時，由機械能守恒定律知，碰撞前后，動能保持不變(3)采用丙圖方案時，在碰撞過程中一部分動能轉化為內能，mv2的總量將變小【答案】(1)大于彈片的彈性勢能轉變?yōu)榛瑝K動能，滑塊動能增加(2)等于機械能(3)大于機械能 3某同學用如圖所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律圖中PQ是斜槽，QR為水平槽實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復上述操作10次，得到10個落點痕跡再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡重復這種操作10次圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊 (1)碰撞后B球的水平射程應取為_cm； (2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？ 答_(填選項號) A水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離 BA球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C測量A球或B球的直徑 D測量A球和B球的質量(或兩球質量之比) E測量O點相對于水平槽面的高度 (3)實驗中，對入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是() A釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準確C釋放點越高，兩球相碰后，相互作用的內力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小D釋放點越高，入射小球對被碰小球的作用力越大，軌道對被碰小球的阻力越小【答案】(1)65.7(65.565.9均可)(2)ABD(3)C 4有甲、乙兩輛小車，質量分別為m1302 g，m2202 g，甲小車拖有紙帶，通過打點計時器記錄它的運動情況，乙小車靜止在水平桌面上，甲小車以一定的速度向乙小車運動，跟乙小車發(fā)生碰撞后粘合在一起共同運動這個過程中打點計時器在紙帶上記錄的點跡如下圖所示，在圖上還標出了用刻度尺量出的各點的數據，已知打點計時器的打點頻率為50 Hz. (1)從紙帶上的數據可以得出：兩車碰撞過程經歷的時間大約為_s(結果保留兩位有效數字) (2)碰前甲車的質量與速度的乘積大小為_ kgm/s，碰后兩車的質量與速度的乘積為_ kgm/s.(結果保留三位有效數字) (3)碰撞過程中，兩車的質量與速度的乘積如何變化？解析本題通過分析紙帶來確定甲車速度的變化，考查數據的處理能力及運算能力從紙帶上0點開始每0.02 s內甲車位移分別為13.2 mm、13.5 mm、13.5 mm、12.6 mm、11.7 mm、10.8 mm、9.9 mm、9 mm、8.1 mm、8 mm、8 mm.(1)從以上數據可知從第3點到第8個點是碰撞過程，則t50.02 s0.10 s，該段時間內甲車做減速運動【答案】(1)0.10(2)0.2020.203(3)見解析 5.某同學利用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律圖中兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質量之比為1 2.當兩擺均處于自由靜止狀態(tài)時，其側面剛好接觸向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角為30.若本實驗允許的最大誤差為4%，此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律【答案】見解析 6某同學利用兩個半徑相同的小球及斜槽探究碰撞中的不變量，主要步驟如下： 用天平測出兩個小球的質量m132.6 g、m220.9 g記下斜槽末端在水平面上的投影O. 不放置被碰小球，讓入射小球m1從某位置由靜止釋放，記下m1的落地點P. 把被碰小球m2放置于斜槽末端(如圖所示)，讓小球m1從同一位置由靜止釋放，記下小球m1、m2的落地點M、N. 把被碰小球m2的左面粘上一小塊膠布，然后重復步驟. 測量各自的水平射程，記錄在下表中OPOMON不粘膠布時不粘膠布時56.0 cm12.5 cm67.8 cm粘膠布時粘膠布時56.0 cm20.4 cm55.3 cm【答案】見解析