2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第六章 碰撞與動(dòng)量守恒 6-4 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律課件.ppt

實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 01 02 03 04 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 1 實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中 測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v v 找出碰撞前的動(dòng)量p m1v1 m2v2及碰撞后的動(dòng)量p m1v1 m2v2 看碰撞前后動(dòng)量是否守恒 2 實(shí)驗(yàn)器材方案一 氣墊導(dǎo)軌 光電計(jì)時(shí)器 天平 滑塊 兩個(gè) 重物 彈簧片 細(xì)繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥等 方案二 帶細(xì)線(xiàn)的擺球 兩套 鐵架臺(tái) 天平 量角器 坐標(biāo)紙 膠布等 方案三 光滑長(zhǎng)木板 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 小車(chē) 兩個(gè) 天平 撞針 橡皮泥 方案四 斜槽 小球 兩個(gè) 天平 復(fù)寫(xiě)紙 白紙等 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 3 實(shí)驗(yàn)步驟方案一 利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 如圖所示 1 測(cè)質(zhì)量 用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量 2 安裝 正確安裝好氣墊導(dǎo)軌 3 實(shí)驗(yàn) 接通電源 利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度 改變滑塊的質(zhì)量 改變滑塊的初速度大小和方向 4 驗(yàn)證 一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 方案二 利用等長(zhǎng)懸線(xiàn)懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 如圖所示 1 測(cè)質(zhì)量 用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1 m2 2 安裝 把兩個(gè)等大小球用等長(zhǎng)懸線(xiàn)懸掛起來(lái) 3 實(shí)驗(yàn) 一個(gè)小球靜止 拉起另一個(gè)小球 放下時(shí)它們相碰 4 測(cè)速度 可以測(cè)量小球被拉起的角度 從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度 測(cè)量碰撞后小球擺起的角度 算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度 5 改變條件 改變碰撞條件 重復(fù)實(shí)驗(yàn) 6 驗(yàn)證 一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 方案三 在光滑桌面上兩車(chē)碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 如圖所示 1 測(cè)質(zhì)量 用天平測(cè)出兩小車(chē)的質(zhì)量 2 安裝 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端 把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 連在小車(chē)的后面 在兩小車(chē)的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥 3 實(shí)驗(yàn) 接通電源 讓小車(chē)A運(yùn)動(dòng) 小車(chē)B靜止 兩車(chē)碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中 把兩小車(chē)連接成一體運(yùn)動(dòng) 4 測(cè)速度 通過(guò)紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由v x t算出速度 5 改變條件 改變碰撞條件 重復(fù)實(shí)驗(yàn) 6 驗(yàn)證 一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 方案四 利用斜槽上滾下的小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 如圖所示 1 測(cè)質(zhì)量 用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量 并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?2 安裝 按照?qǐng)D4所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置 調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平 3 鋪紙 白紙?jiān)谙?復(fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好 記下重垂線(xiàn)所指的位置O 4 放球找點(diǎn) 不放被撞小球 每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下 重復(fù)10次 用圓規(guī)畫(huà)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面 圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 5 碰撞找點(diǎn) 把被撞小球放在斜槽末端 每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下 使它們發(fā)生碰撞 重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次 用步驟4的方法 標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N 如圖所示 6 驗(yàn)證 連接ON 測(cè)量線(xiàn)段OP OM ON的長(zhǎng)度 將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中 最后代入m1 OP m1 OM m2 ON 看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 誤差分析 1 系統(tǒng)誤差 主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求 碰撞是否為一維碰撞 實(shí)驗(yàn)是否滿(mǎn)足動(dòng)量守恒的條件 如氣墊導(dǎo)軌是否水平等 2 偶然誤差 主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量 注意事項(xiàng) 1 碰撞的兩物體應(yīng)保證 水平 和 正碰 2 若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí) 注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平 3 若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線(xiàn)上 且剛好接觸 擺線(xiàn)豎直 將小球拉起后 兩條擺線(xiàn)應(yīng)在同一豎直平面內(nèi) 4 若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 可在長(zhǎng)木板下墊一個(gè)小木片以平衡摩擦力 5 若利用斜槽進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 入射球質(zhì)量m1要大于被碰球質(zhì)量m2 即m1 m2 防止碰后m1被反彈 且兩球半徑r1 r2 r 例1 某同學(xué)用如圖6甲所示裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓小球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開(kāi)始滾下 在水平地面上的記錄紙上留下痕跡 重復(fù)10次 然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端 讓小球a仍從原固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下 和小球b相碰后 兩球分別落在記錄紙的不同位置處 重復(fù)10次 回答下列問(wèn)題 1 在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端應(yīng) 2 小球a b質(zhì)量ma mb的大小關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足ma mb 兩球的半徑應(yīng)滿(mǎn)足ra rb 填 或 3 本實(shí)驗(yàn)中小球平均落地點(diǎn)的位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示 小球a b碰后的平均落地點(diǎn)依次是圖乙中的 點(diǎn)和 點(diǎn) 4 在本實(shí)驗(yàn)中 驗(yàn)證動(dòng)量守恒的式子是下列選項(xiàng)中的 A maOC maOA mbOBB maOB maOA mbOCC maOA maOB mbOC 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 保持水平 轉(zhuǎn)到解析 熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) AC B 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 轉(zhuǎn)回原題 解析 1 小球離開(kāi)軌道后應(yīng)做平拋運(yùn)動(dòng) 所以在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端必須保持水平 才能使小球做平拋運(yùn)動(dòng) 2 為防止在碰撞過(guò)程中入射小球被反彈 入射小球a的質(zhì)量ma應(yīng)該大于被碰小球b的質(zhì)量mb 為保證兩個(gè)小球的碰撞是對(duì)心碰撞 兩個(gè)小球的半徑應(yīng)相等 3 由題圖甲所示裝置可知 小球a和小球b相碰后 根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度 由此可判斷碰后小球a b的落點(diǎn)位置分別為A C點(diǎn) 4 小球下落高度一樣 所以在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等 若碰撞過(guò)程滿(mǎn)足動(dòng)量守恒 則應(yīng)有mav0 mava mbvb 兩邊同乘以時(shí)間t可得mav0t mavat mbvbt 即有maOB maOA mbOC 故選項(xiàng)B正確 答案 1 保持水平 2 3 AC 4 B 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 變式訓(xùn)練1 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 探究碰撞中的不變量 的實(shí)驗(yàn) 在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥 設(shè)法使小車(chē)A做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 然后與原來(lái)靜止的小車(chē)B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng) 如圖7所示 在小車(chē)A的后面連著紙帶 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz 1 若已得到打點(diǎn)紙帶如圖8所示 并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 則應(yīng)選圖中 段來(lái)計(jì)算A碰前的速度 應(yīng)選 段來(lái)計(jì)算A和B碰后的速度 2 已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mA 0 40kg 小車(chē)B的質(zhì)量mB 0 20kg 則由以上結(jié)果可得碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 3 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來(lái)看 A B碰撞的過(guò)程中 可能哪個(gè)物理量是不變的 BC 轉(zhuǎn)到解析 DE 0 420 0 417 mv 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 轉(zhuǎn)回原題 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 例2 如圖是用來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置 彈性球1用細(xì)線(xiàn)懸掛于O點(diǎn) O點(diǎn)下方桌子的邊沿有一豎直立柱 實(shí)驗(yàn)時(shí) 調(diào)節(jié)懸點(diǎn) 使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2接觸且兩球等高 將球1拉到A點(diǎn) 并使之靜止 同時(shí)把球2放在立柱上 釋放球1 當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞 碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn) 球2落到水平地面上的C點(diǎn) 測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1 2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒 現(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a B點(diǎn)離水平桌面的距離為b C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c 此處 1 還需要測(cè)量的量是 和 2 根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù) 該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為 忽略小球的大小 彈性球1 2的質(zhì)量m1 m2立柱高h(yuǎn)桌面高H 轉(zhuǎn)到解析 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 解析 1 要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化 根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b 由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度 故只要再測(cè)量彈性球1的質(zhì)量m1 就能求出彈性球1的動(dòng)量變化 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化 故只要測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn) 桌面高H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化 轉(zhuǎn)回原題 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 變式訓(xùn)練2 某同學(xué)利用電火花計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn) 氣墊導(dǎo)軌裝置如圖10 a 所示 所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌 滑塊 彈射架等組成 在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔 向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣 空氣會(huì)從小孔中噴出 使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上 這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差 1 下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟 安裝好氣墊導(dǎo)軌 調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕 使導(dǎo)軌水平 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣 把電火花計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè) 將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定在滑塊1的左端 調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度 直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí) 紙帶始終在水平方向 轉(zhuǎn)到下頁(yè) 使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間 先 然后 讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng) 取下紙帶 重復(fù)步驟 選出理想的紙帶如圖 b 所示 測(cè)得滑塊1的質(zhì)量為310g 滑塊2 包括橡皮泥 的質(zhì)量為205g 完善實(shí)驗(yàn)步驟 的內(nèi)容 2 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0 02s打一個(gè)點(diǎn) 計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動(dòng)量為 kg m s 兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動(dòng)量為 kg m s 結(jié)果均保留3位有效數(shù)字 3 試說(shuō)明 2 中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源釋放滑塊1 轉(zhuǎn)到解析 轉(zhuǎn)到上頁(yè) 0 620 0 618 紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間有摩擦力的作用 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破 轉(zhuǎn)回原題 1 氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器 它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊 使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上 滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒(méi)有摩擦 我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 實(shí)驗(yàn)裝置如圖10所示 采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下 a 松開(kāi)手的同時(shí) 記錄滑塊A B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作 當(dāng)A B滑塊分別碰到C D擋板時(shí)計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí) 分別記下A B到達(dá)C D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2 b 在A B間水平放入一個(gè)輕彈簧 用手壓住A B使彈簧壓縮 放置在氣墊導(dǎo)軌上 并讓它靜止在某個(gè)位置 c 給導(dǎo)軌送氣 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌 使導(dǎo)軌處于水平 d 用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離l1 B的右端至D板的距離l2 1 實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是 2 實(shí)驗(yàn)中還需要的測(cè)量?jī)x器是 還需要測(cè)量的物理量是 3 利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是 備選訓(xùn)練 cbda 天平 兩滑塊的質(zhì)量m1 m2 2 用如圖11甲所示裝置通過(guò)半徑相同的A B兩球碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 實(shí)驗(yàn)時(shí)先使質(zhì)量為mA的A球從斜槽上某一固定點(diǎn)G由靜止開(kāi)始滾下 落到位于水平地面的記錄紙上 留下痕跡 重復(fù)上述操作10次 得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡 把質(zhì)量為mB的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(kāi)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(diǎn)痕跡 重復(fù)這種操作10次 得到了如圖乙所示的三個(gè)落地處 1 請(qǐng)?jiān)趫D乙中讀出OP cm 2 由乙圖可以判斷出R是 球的落地點(diǎn) Q是 球的落地點(diǎn) 3 為了驗(yàn)證碰撞前后動(dòng)量守恒 該同學(xué)只需驗(yàn)證表達(dá)式 備選訓(xùn)練 17 5 B A mAOQ mAOP mBOR 備選訓(xùn)練 3 如圖12甲所示 是氣墊導(dǎo)軌上的兩個(gè)滑塊的照片 中間是滑塊A 質(zhì)量mA 0 20kg 右邊是滑塊B 質(zhì)量mB 0 30kg 乙圖是滑塊B向左運(yùn)動(dòng)中與滑塊A碰后合為一體的照片 頻閃照片的頻率f 10Hz 1 根據(jù)照片提供的信息 碰前的動(dòng)量為 kg m s 碰后的動(dòng)量為 kg m s 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 0 048 0 050 在誤差允許的范圍內(nèi) 碰撞前后動(dòng)量相等 轉(zhuǎn)到解析 備選訓(xùn)練 轉(zhuǎn)回原題