2021屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第六章碰撞與動量守恒實驗七驗證動量守恒定律課件粵教版

1、實驗七驗證動量守恒定律實驗七驗證動量守恒定律一、實驗原理與操作一、實驗原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)碰撞前：pm1v1m2v2碰撞后：pm1v1m2v2(1)測質(zhì)量：測質(zhì)量：用天平測出兩球的質(zhì)量(2)安裝：安裝：斜槽末端切線必須沿水平方向(3)起點：起點：入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放(4)鋪紙：鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置o。(5)測距離：測距離：用小球平拋的水平位移替代速度，用刻度尺量出o到所找圓心的距離。圖1二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理1.碰撞找點：碰撞找點：把被碰小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，把被碰小球放在斜槽末端，

2、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)實驗使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。標(biāo)出碰撞前、后入射小球落點的平均位置次。標(biāo)出碰撞前、后入射小球落點的平均位置p、m和被碰小球落點的平均位置和被碰小球落點的平均位置n。如圖。如圖1所示。所示。2.驗證：驗證：測量線段測量線段op、om、on的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1opm1omm2on，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。注意事項注意事項(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平水平”和和“正碰正碰”。(2)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球，即選質(zhì)量較大的小

3、球作為入射小球，即m入入m被碰被碰。(3)實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。誤差分析誤差分析(1)主要來源于質(zhì)量主要來源于質(zhì)量m1、m2的測量。的測量。(2)小球落點的確定。小球落點的確定。(3)小球水平位移的測量。小球水平位移的測量。教材原型實驗教材原型實驗命題角度命題角度 實驗原理及操作步驟實驗原理及操作步驟【例【例1】 如圖如圖2，用，用“碰撞實驗器碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。水平部分碰撞前后的動量關(guān)系。圖圖2(1)

4、實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過僅測量實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過僅測量_(填選項前的符號填選項前的符號)，間接地解決這個問題。，間接地解決這個問題。a.小球開始釋放高度小球開始釋放高度hb.小球拋出點距地面的高度小球拋出點距地面的高度hc.小球做平拋運動的射程小球做平拋運動的射程(2)圖中圖中o點是小球拋出點在地面上的垂直投影。實驗時，先將入射球點是小球拋出點在地面上的垂直投影。實驗時，先將入射球m1多次從斜軌多次從斜軌上上s位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置p，測量平拋射程，測量平拋射程o

5、p。然后，把被碰。然后，把被碰小球小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上從斜軌上s位置由靜止釋放，與小位置由靜止釋放，與小球球m2相撞，并多次重復(fù)。相撞，并多次重復(fù)。接下來要完成的必要步驟是接下來要完成的必要步驟是_。(填選項前的符號填選項前的符號)a.用天平測量兩個小球的質(zhì)量用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2b.測量小球測量小球m1開始釋放高度開始釋放高度hc.測量拋出點距地面的高度測量拋出點距地面的高度hd.分別找到分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置相碰后平均落地點的位置m、ne.測量平拋射程測量平拋射程om、on(3)若兩球相碰前后

6、的動量守恒，其表達(dá)式可表示為若兩球相碰前后的動量守恒，其表達(dá)式可表示為_用用(2)中測量的量表示中測量的量表示。(2)本實驗要驗證的是本實驗要驗證的是m1omm2onm1op，因此要測量兩個小球的質(zhì)量，因此要測量兩個小球的質(zhì)量m1和和m2以及它們的水平射程以及它們的水平射程om和和on，而要確定水平射程，應(yīng)先分別確定兩個小球落地的，而要確定水平射程，應(yīng)先分別確定兩個小球落地的平均落點，沒有必要測量小球平均落點，沒有必要測量小球m1開始釋放的高度開始釋放的高度h和拋出點距地面的高度和拋出點距地面的高度h。故應(yīng)完。故應(yīng)完成的步驟是成的步驟是ade。答案答案(1)c(2)ade(3)m1omm2on

7、m1op命題角度命題角度 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析圖圖3答案答案p2拓展訓(xùn)練拓展訓(xùn)練1 某同學(xué)用如圖某同學(xué)用如圖4所示裝置通過半徑相同的所示裝置通過半徑相同的a、b兩球的碰撞來兩球的碰撞來“探究碰撞過探究碰撞過程中的不變量程中的不變量”，圖中，圖中pq是斜槽，是斜槽，qr為水平槽，實驗時先使為水平槽，實驗時先使a球從斜槽上某一固定球從斜槽上某一固定位置位置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(fù)上述操作由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到次，得到10個落點痕跡。再把個落點痕跡。再把b球放在水平槽上靠近槽末端的地方

8、，讓球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓a球仍從位球仍從位置置g由靜止開始滾下，和由靜止開始滾下，和b球碰撞后，球碰撞后，a、b球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復(fù)這種操作重復(fù)這種操作10次。圖中次。圖中o點是水平槽末端點是水平槽末端r在記錄紙上的垂直投影點。在記錄紙上的垂直投影點。圖圖4(1)安裝器材時要注意：固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿安裝器材時要注意：固定在桌邊上的斜槽末端的切線要沿_方向。方向。(2)某次實驗中，得出小球落點情況如圖某次實驗中，得出小球落點情況如圖5所示所示(單位是單位是cm)，p、m、n分別是入射小分別是入射小球在碰前、碰后和

9、被碰小球在碰后落點的平均位置球在碰前、碰后和被碰小球在碰后落點的平均位置(把落點圈在圓內(nèi)的最小圓的圓把落點圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心心)，若入射小球和被碰小球質(zhì)量之比為，若入射小球和被碰小球質(zhì)量之比為m1m241。圖圖5在實驗誤差允許的范圍內(nèi)兩球碰撞過程中動量在實驗誤差允許的范圍內(nèi)兩球碰撞過程中動量_。解析解析(1)為保證小球滾落后做平拋運動，斜槽末端的切線要沿水平方向。為保證小球滾落后做平拋運動，斜槽末端的切線要沿水平方向。(2)由于球離開槽后做平拋運動，在空中運動時間相等，設(shè)為由于球離開槽后做平拋運動，在空中運動時間相等，設(shè)為t由以上計算可知，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，兩球碰撞過程中動量守恒。由

10、以上計算可知，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，兩球碰撞過程中動量守恒。答案答案(1)水平水平(2)守恒守恒實驗拓展創(chuàng)新實驗拓展創(chuàng)新命題角度命題角度 利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律1.實驗器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊實驗器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個兩個)、彈簧片、膠布、撞針、橡、彈簧片、膠布、撞針、橡皮泥等。皮泥等。驗證碰撞中的動量守恒的關(guān)鍵是通過實驗測出碰撞前后兩物體的速度，我們可以用驗證碰撞中的動量守恒的關(guān)鍵是通過實驗測出碰撞前后兩物體的速度，我們可以用以下幾種方案設(shè)計并完成實驗：以下幾種方案設(shè)計并完成實驗：2.實驗方法實驗方法(1)測質(zhì)量：用天平

11、測出兩滑塊的質(zhì)量。測質(zhì)量：用天平測出兩滑塊的質(zhì)量。(2)安裝：按圖安裝：按圖6安裝好氣墊導(dǎo)軌。安裝好氣墊導(dǎo)軌。圖圖6(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊在各種情況下實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊在各種情況下(例如：例如：改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的初速度大小和方向改變滑塊的初速度大小和方向)碰撞前后的速度。碰撞前后的速度。(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒。驗證：一維碰撞中的動量守恒?！纠纠?】 某同學(xué)現(xiàn)用如圖某同學(xué)現(xiàn)用如圖7所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門裝置來所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門裝置來“驗證動量守恒定律驗證動量守恒定律”，在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧，

12、滑塊在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧，滑塊b的右端有強粘性的膠水。圖中滑塊的右端有強粘性的膠水。圖中滑塊a和擋光片和擋光片的總質(zhì)量為的總質(zhì)量為m10.620 kg，滑塊，滑塊b的質(zhì)量為的質(zhì)量為m20.410 kg，實驗步驟如下：，實驗步驟如下：按圖安裝好實驗器材后，接通氣源，先將滑塊按圖安裝好實驗器材后，接通氣源，先將滑塊a置于氣墊導(dǎo)軌上，然后調(diào)節(jié)底腳置于氣墊導(dǎo)軌上，然后調(diào)節(jié)底腳螺絲，直到輕推滑塊后，滑塊上的擋光片通過兩個光電門的時間螺絲，直到輕推滑塊后，滑塊上的擋光片通過兩個光電門的時間_；將滑塊將滑塊b置于兩光電門之間，將滑塊置于兩光電門之間，將滑塊a置于光電門置于光電門1的右端，然后將滑塊的右端

13、，然后將滑塊a水平壓水平壓縮彈簧，滑塊縮彈簧，滑塊a在彈簧的作用下向左彈射出去，通過光電門在彈簧的作用下向左彈射出去，通過光電門1后繼續(xù)向左滑動并與后繼續(xù)向左滑動并與滑塊滑塊b發(fā)生碰撞；發(fā)生碰撞；兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運動，并通過光電門兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運動，并通過光電門2；實驗后，分別記錄下滑塊實驗后，分別記錄下滑塊a擋光片通過光電門擋光片通過光電門1的時間的時間t1，兩滑塊一起運動擋光片，兩滑塊一起運動擋光片通過光電門通過光電門2的時間的時間t2。(1)完成實驗步驟完成實驗步驟中所缺少的內(nèi)容。中所缺少的內(nèi)容。(2)實驗前用一游標(biāo)卡尺測得擋光片的寬度實驗前用一游標(biāo)卡尺測得擋光片的

14、寬度d如圖如圖8所示，則所示，則d_ cm。(3)設(shè)擋光片通過光電門的時間為設(shè)擋光片通過光電門的時間為t，則滑塊通過光電門的速度可表示為，則滑塊通過光電門的速度可表示為v_(用用d、t表示表示)。(4)實驗中測得滑塊實驗中測得滑塊a經(jīng)過光電門經(jīng)過光電門1的速度為的速度為v12.00 m/s，兩滑塊經(jīng)過光電門，兩滑塊經(jīng)過光電門2的速度的速度為為v21.20 m/s，將兩滑塊和擋光片看成一個系統(tǒng)，則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后，將兩滑塊和擋光片看成一個系統(tǒng)，則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動量分別為的總動量分別為p1_ kgm/s，p2_ kgm/s(結(jié)果均保留結(jié)果均保留3位小數(shù)位小數(shù))。解析解析(

15、1)在步驟在步驟中氣墊導(dǎo)軌安裝時應(yīng)保持水平狀態(tài)，滑塊在軌道上應(yīng)做勻速直線中氣墊導(dǎo)軌安裝時應(yīng)保持水平狀態(tài)，滑塊在軌道上應(yīng)做勻速直線運動，故滑塊上的擋光片通過兩光電門的時間相等。運動，故滑塊上的擋光片通過兩光電門的時間相等。(2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為15 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為，游標(biāo)尺讀數(shù)為0.0510 mm0.50 mm，所以擋光，所以擋光片的寬度為片的寬度為d15 mm0.50 mm15.50 mm1.550 cm。(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為p1m1v10.6202.00 kgm/s1.240 kgm/s。兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為兩

16、滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為p2(m1m2)v2(0.6200.410)1.20 kgm/s1.236 kgm/s。1.實驗器材：帶細(xì)線的擺球?qū)嶒炂鞑模簬Ъ?xì)線的擺球(兩套兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。2.實驗方法實驗方法(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量。測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量。(2)安裝：如圖安裝：如圖9所示，把兩個等大的小球用等長的細(xì)線懸掛起來。所示，把兩個等大的小球用等長的細(xì)線懸掛起來。(3)操作：一個小球靜止，將另一個小球拉開一定角度釋放，兩小球相碰。操作：一個小球靜止，將另一個小球拉開一定角度釋放，兩小球相碰。(4)測

17、速度：記錄下小球被拉起的角度，算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后測速度：記錄下小球被拉起的角度，算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度。小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度。(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒。驗證：一維碰撞中的動量守恒。圖圖9【例【例4】 (2020黑龍江哈爾濱六中檢測黑龍江哈爾濱六中檢測)某實驗小組利用如圖某實驗小組利用如圖10所示的實驗裝置驗證所示的實驗裝置驗證動量守恒定律。實驗的主要步驟如下：動量守恒定律。實驗的主要步驟如下：圖圖10(1)用游標(biāo)卡尺測量小

18、球用游標(biāo)卡尺測量小球a、b的直徑的直徑d，其示數(shù)均如圖乙所示，則直徑，其示數(shù)均如圖乙所示，則直徑d_mm，用天平測得球，用天平測得球a、b的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為m1、m2。(2)用兩條細(xì)線分別將球用兩條細(xì)線分別將球a、b懸掛于同一水平高度，且自然下垂時兩球恰好相切，球懸掛于同一水平高度，且自然下垂時兩球恰好相切，球心位于同一水平線上。心位于同一水平線上。(3)將球?qū)⑶騛向左拉起使其懸線與豎直方向的夾角為向左拉起使其懸線與豎直方向的夾角為時由靜止釋放，與球時由靜止釋放，與球b碰撞后，測碰撞后，測得球得球a向左擺到最高點時其懸線與豎直方向的夾角為向左擺到最高點時其懸線與豎直方向的夾角為1，球，球

19、b向右擺到最高點時其懸向右擺到最高點時其懸線與豎直方向的夾角為線與豎直方向的夾角為2。(4)若兩球碰撞前后的動量守恒，則其表達(dá)式為若兩球碰撞前后的動量守恒，則其表達(dá)式為_；若碰撞是彈性碰；若碰撞是彈性碰撞，則還應(yīng)滿足的表達(dá)式為撞，則還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_。(用測量的物理量表示用測量的物理量表示)解析解析(1)直徑直徑d22 mm0.10 mm22.0 mm。1.實驗器材：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車實驗器材：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個兩個)、天平、撞針、橡皮泥。、天平、撞針、橡皮泥。2.實驗方法實驗方法(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。(2

20、)安裝：如圖安裝：如圖11所示，將打點計時器固定在光滑長木板的一端，使紙帶的一端穿所示，將打點計時器固定在光滑長木板的一端，使紙帶的一端穿過打點計時器限位孔，另一端連在小車甲的后面，在甲、乙兩小車將發(fā)生碰撞的過打點計時器限位孔，另一端連在小車甲的后面，在甲、乙兩小車將發(fā)生碰撞的一側(cè)分別裝上撞針和橡皮泥。一側(cè)分別裝上撞針和橡皮泥。圖圖11(3)實驗：接通打點計時器的電源，使小車甲運動，小車乙靜止，兩車碰撞時撞針插實驗：接通打點計時器的電源，使小車甲運動，小車乙靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，兩小車連接成一體一同運動。入橡皮泥中，兩小車連接成一體一同運動。(4)測速度：測量紙帶上對應(yīng)的距離，算出

21、速度。測速度：測量紙帶上對應(yīng)的距離，算出速度。(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒。驗證：一維碰撞中的動量守恒?！纠纠?】 某同學(xué)設(shè)計了一個某同學(xué)設(shè)計了一個“驗證動量守恒定律驗證動量守恒定律”的實驗，在小車的實驗，在小車a的前端粘有橡的前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車皮泥，設(shè)法使小車a做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車b相碰并粘在一起繼相碰并粘在一起繼續(xù)做勻速直線運動，如圖續(xù)做勻速直線運動，如圖12所示。在小車所示。在小車a的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻

22、率為率為50 hz。圖圖12(1)若已得到打點紙帶如圖若已得到打點紙帶如圖13所示，并測得各計數(shù)點間的距離，則應(yīng)選圖中所示，并測得各計數(shù)點間的距離，則應(yīng)選圖中_段來計算碰前段來計算碰前a的速度，應(yīng)選的速度，應(yīng)選_段來計算碰后段來計算碰后a和和b的速度。的速度。圖圖13(2)已測得小車已測得小車a的質(zhì)量的質(zhì)量ma0.40 kg，小車，小車b的質(zhì)量的質(zhì)量mb0.20 kg，則由以上結(jié)果可得，則由以上結(jié)果可得碰前碰前mavambvb_kgm/s，碰后，碰后mavambvb_kgm/s。(3)從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看，從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看，a、b碰撞的過程中的碰撞的過程中的_。解析解析(1)因為小車因為小車a與與b碰撞前后都做勻速運動，且碰后碰撞前后都做勻速運動，且碰后a與與b粘在一起，其共同速粘在一起，其共同速度比度比a原來的速度小。所以，應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大的原來的速度小。所以，應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大的bc段計算碰前段計算碰前a的速的速度，選點跡分布均勻且點距較小的度，選點跡分布均勻且點距較小的de段計算碰后段計算碰后a和和b的速度。的速度。(3)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，mavambvbmavambvb，即在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，即在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，小車小車a、b碰撞的過程中動量守恒。碰撞的過程中動量守恒。答案答案