2020高考物理一轮总复习 第六章 动量 实验课 验证动量守恒定律课件 新人教版

第六章动量验证动量守恒定律栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验目的验证动量守恒定律．二、实验原理在一碰撞中，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、实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．方案二：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等．方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．方案四：斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等．四、实验步骤方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如下图所示)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：接通电源，利用配套的光电计时装置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．方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如下图)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．方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如下图)1．测质量：用天平测出两小车的质量．2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥．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＝ΔxΔt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．方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如下图所示)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：按照上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，复写纸在上且在适当位置铺放好，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.如下图所示．6．验证：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m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．7．结束：整理好实验器材放回原处．五、数据处理1．速度的测量方案一：滑块速度的测量：v＝ΔxΔt，式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．方案二：摆球速度的测量：v＝2gh，式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)．方案三：小车速度的测量：v＝ΔxΔt，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出．2．验证的表达式方案一、二、三：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.方案四：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.六、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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平．(2)若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直面内．(3)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力．(4)若利用斜槽小球碰撞应注意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．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】如图所示，斜槽末端水平，质量为m1的小球1从斜槽某一高度由静止滚下，落到水平面上的P点．今在槽口末端放一与小球1半径相同的质量为m2的小球2，仍让小球1从斜槽同一高度滚下，并与小球2正碰后使两球落地，小球1和2的落地点分别是M、N.已知槽口末端在白纸上的投影位置为O点．则：(1)两小球质量的关系应满足________(填选项前的字母)．A．m1＝m2B．m1m2C．m1m2(2)(多选)实验必须满足的条件是________(填选项前的字母)．A．轨道末端的切线必须是水平的B．斜槽轨道必须光滑C．入射球1每次必须从同一高度滚下D．入射球1和被碰球2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度(3)(多选)实验中必须测量的量是________(填选项前的字母)．A．两小球的质量m1和m2B．两小球的半径r1和r2C．桌面离地的高度HD．小球起始高度E．从两球相碰到两球落地的时间F．小球1单独滚下后飞出的水平距离G．两小球1和2相碰后飞出的水平距离(4)若两小球质量之比为m1∶m2＝3∶2，碰前小球1速度为v1，碰后小球1、2速度分别为v1′、v2′，两球落点情况如图所示，则碰撞前后有________(填选项前的字母)．A．m1v12＝m1v1′2＋m2v2′2B.v1m1＝v1′m1＋v2′m2C．m1v1＝m1v1′＋m2v2′D．m1v1＝m2v2′[解析](1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1m2，选项B正确．(2)为保证两球从同一高度做平抛运动，实验中要求斜槽轨道末端的切线要调成水平．为准确表示入射球碰撞前的速度，要求入射球每次从同一高度滚下．实验中保证入射球碰前速度不变即可，故不需要斜槽轨道必须光滑，选项A、C、D正确．(3)本实验必须测量的是两小球质量m1和m2，入射球单独滚下后飞出的水平距离和两小球相碰后各自飞出的水平距离，小球脱离轨道后做的是相同高度的平抛运动，因此两球碰后落地时间相等，两小球水平分运动的时间也相等．故可以用水平距离的测量代替速度的测量，所以不需要测量桌面离地的高度及两小球碰后落地的时间，故选AFG.(4)设m1＝3m，m2＝2m，则v1＝43.50×10－2tm/s，m1v1＝1.305mtkg·m/s，v1′＝13.50×10－2tm/s，v2′＝45.00×10－2tm/s，m1v1′＋m2v2′＝1.305mt，所以m1v1＝m1v1′＋m2v2′，选项C正确．[答案](1)B(2)ACD(3)AFG(4)C|练高分|1．用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，把质量为mB的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，得到了如图乙所示的三个落地处．(1)请在图乙中读出OP＝________cm.(2)由乙图可以判断出R是________球的落地点，Q是________球的落地点．(3)为了验证碰撞前后动量守恒，该同学只需验证表达式________________．解析：(1)由图可知OP约为17.5cm.(2)Q是A球碰前的落点，P是A球碰后的落点，R是B球的落点．(3)因为各球的运动时间相等，因此碰后的速度可以用水平位移来代替，需要验证的表达式为mAOQ＝mAOP＋mBOR.答案：(1)17.5(2)BA(3)mAOQ＝mAOP＋mBOR2.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和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的实验步骤如下：a．松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰到C、D挡板时计时器结束计时，分别记下A、B到达C、D的运动时间t1和t2.b．在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上，并让它静止在某个位置．c．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平．d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离l1，B的右端至D板的距离l2.(1)实验步骤的正确顺序是________．(2)实验中还需要的测量仪器是________，还需要测量的物理量是________．(3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是____________．解析：(2)还需用天平测滑块的质量．(3)两滑块脱离弹簧的速度为v1＝l1t1，v2＝l2t2，由动量守恒得m1v1＝m2v2，即m1l1t1＝m2l2t2.答案：(1)cbda(2)天平A、B两滑块的质量m1、m2(3)ml1t1＝ml2t2考点二数据处理与误差分析——师生共研|研典例|【例】现利用如图所示的装置验证动量守恒定律．在图中，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＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.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＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图所示．若实验允许的相对误差绝对值碰撞前后总动量之差碰前总动量×100%最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．[解析]按定义，滑块运动的瞬时速度大小v＝ΔsΔt①式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程．设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则ΔtA＝1f＝0.02s②ΔtA可视为很短．设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和图给实验数据代入①式得v0＝2.00m/s③v1＝0.970m/s④设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝dΔtB⑤代入题给实验数据得v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δp＝p－p′p×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得δp＝1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．[答案]见解析|练高分|1．(2019届厦门质检)在验证动量守恒定律实验时，用图甲所示装置进行验证，在长木板右端下面垫放小木片，平衡好摩擦力．小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带．接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动．(已知打点计时器电源频率为50Hz)(1)两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示．测得小车P的质量mP＝0.60kg，小车Q的质量mQ＝0.40kg，由以上数据求得碰前系统总动量为________kg·m/s，碰后系统总动量为________kg·m/s(结果保留3位有效数字)．(2)实验结论：_________________________________________________.解析：(1)打点周期为0.02s，碰前小车P的速度为v＝0.01600.02m/s＝0.8m/s，碰前系统总