實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1. 實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v',算出碰撞前的動(dòng)量p =m ivi + m2V2及碰撞后的動(dòng)量 p ' =mivi ' -m2V2 '，看碰撞前后動(dòng)量是否相等.2. 實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、天平、直尺、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、重垂線.3. 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?2) 按照如圖1甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平圖1(3) 白紙?jiān)谙拢瑥?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好記下重垂線所指的位置 0.(4) 不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固

2、定高度處自由滾下，重復(fù)10次用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點(diǎn)都圈在里面圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置 (5) 把被撞小球放在斜槽末端，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 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.如圖乙所示(6) 連接ON，測量線段 OP、0M、ON的長度.將測量數(shù)據(jù)填入表中最后代入 mOP =m1 -OM + m2 -ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立(7) 整理好實(shí)驗(yàn)器材，放回原處 (8) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動(dòng)量守恒文檔大全1. 數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證表達(dá)式： mi -OP = mi -OM +

3、m2 -ON2. 注意事項(xiàng)(1) 斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放;(3) 選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；(4) 實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)如圖2所示，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系圖2(1) 實(shí)驗(yàn)中直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通過僅測量(填選項(xiàng)前的符號)間接地解決這個(gè)問題A. 小球開始釋放高度 hB. 小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2) 圖中0點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球 mi多次從斜軌上 S位置靜止

4、釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測量平拋射程 0P然后，把被碰小球 m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球 mi從斜軌上S位置靜止釋放，與小球 m2相碰，并多次重復(fù). 接下來要完成的必要步驟是 (填選項(xiàng)前的符號)A. 用天平測量兩個(gè)小球的質(zhì)量mi、m2B. 測量小球mi開始釋放高度hC. 測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD. 分別找到 mi、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE. 測量平拋射程0M、ON經(jīng)測定，mi = 45.0 g , m2 = 7.5 g，小球落地點(diǎn)的平均位置距0點(diǎn)的距離如圖3所示碰撞前后mi的動(dòng)量分別為pi與pi'，貝Upi : pi' : 11 ;若碰撞結(jié)束時(shí) m2

5、的動(dòng)量為P2，貝則31 ' p2 ' =11.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，碰撞前后總動(dòng)量的比值P1p1 '-p2圖3(4)有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大請你用(3)中已知的數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程 ON的最大值為 cm.答案(1)C (2)ADE (3)142.91.01(4)76.80解析(1)小球碰前和碰后的速度都用平拋運(yùn)動(dòng)來測定，即xv = 一.而由t1H = ?gt2知，每次豎直高度相等，所以平拋時(shí)間相等，即OP OM ONm 1= m1+ m 2ttt則可得m 1 OP = m 1 OM +m

6、2 ON .故只需測射程，因而選 C.由表達(dá)式知：在 OP已知時(shí)，需測量 m1、m2、OM和ON，故必要步驟有 A、D、E.OP(3) p1 = m 1t，p1OM=m 1 t聯(lián)立可得 p1 ： p1'=OP ： OM = 44.80 : 35.20 = 14 : 11 ,ONp2=m2 HtOMON則pi')：(m2)=11 : 2.9pimi OP故=1.01pi'HP2 m1 OM + m2 ON(4)其他條件不變，使 ON最大，則 m1、m2發(fā)生彈性碰撞，則其動(dòng)量和能量均守恒，可得2m 1voV2 =m1 + m2ONOP而 V2 =, V0 =tt2m 12

7、X45.0故 ON =OP =x44.80 cmm 1 + m245.0 + 7.576.80 cm.1 在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已有的實(shí)驗(yàn)器材有：斜槽軌道、大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、圓規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)中小球運(yùn)動(dòng)軌跡及落點(diǎn)的情況簡圖如圖4所示.圖4試根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成下列填空：(1) 實(shí)驗(yàn)前，軌道的調(diào)節(jié)應(yīng)注意 .(2) 實(shí)驗(yàn)中重復(fù)多次讓a球從斜槽上釋放，應(yīng)特別注意 .(3) 實(shí)驗(yàn)中還缺少的測量器材有 (4) 實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量是 (5) 若該碰撞過程中動(dòng)量守恒，則一定有關(guān)系式 成立答案(1)槽的末端的切線是水平的(2)讓a球從同一高處靜止釋放滾下(3)天

8、平、刻度尺a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量 mb，線段OP、OM和ON的長度(5)ma OP = ma OM + mb ON解析(1)由于要保證兩球發(fā)生彈性碰撞后做平拋運(yùn)動(dòng)，即初速度沿水平方向， 所以必需保證槽的末端的切線是水平的(2) 由于實(shí)驗(yàn)要重復(fù)進(jìn)行多次以確定同一個(gè)彈性碰撞后兩小球的落點(diǎn)的確切位置，所以每次碰撞前入射球a的速度必須相同，根據(jù) mgh =?mv2可得v =” 2gh，所以每次必須讓 a球從 同一高處靜止釋放滾下(3) 要驗(yàn)證mavo = maVi + mbV2,由于碰撞前后入射球和被碰球從同一高度同時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，故可驗(yàn)證 mavot= mavit + mbV2t，而 v

9、ot= OP, vit= OM , V2t= ON，故只需驗(yàn)證ma OP = ma OM + mb ON，所以要測量a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb，故需要天平；要測量兩球平拋時(shí)水平方向的位移即線段OP、OM和ON的長度，故需要刻度尺由的解析可知實(shí)驗(yàn)中需測量的物理量是a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb,線段OP、OM和ON的長度(5)由(3)的解析可知若該碰撞過程中動(dòng)量守恒，則一定有關(guān)系式ma OP= m a OM + mb ON .命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新創(chuàng)新方案1 ：利用氣墊導(dǎo)軌1. 實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、彈簧片、膠布、撞針、橡皮泥等2. 實(shí)驗(yàn)方法 測質(zhì)量：用天平測出兩

10、滑塊的質(zhì)量(2)安裝：按圖5安裝并調(diào)好實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用光電計(jì)時(shí)器測出兩滑塊在各種情況下碰撞前、后的速度(例如：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.2 (2014 新課標(biāo)全國卷n35(2)現(xiàn)利用圖6(a)所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律在圖(a)中，氣墊導(dǎo)軌上有 A、B兩個(gè)滑塊，滑塊 A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊 B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計(jì)時(shí)器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時(shí)間圖6實(shí)驗(yàn)測得滑塊 A的質(zhì)量mi = 0.310 kg，滑塊B的質(zhì)量m2 = 0.108 kg，遮光片的

11、寬度 d =1.00 cm ;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率f= 50.0 Hz.將光電門固定在滑塊 B的右側(cè)，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，給滑塊A 一向右的初速度，使它與B相碰.碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為厶tB= 3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示.碰撞前后總動(dòng)量之差碰前總動(dòng)量若實(shí)驗(yàn)允許的相對誤差絕對值 （X100%）最大為5%，本實(shí)驗(yàn)是否在誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律？寫出運(yùn)算過程 答案見解析解析 按定義，滑塊運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小v為sv = t 式中s為滑塊在很短時(shí)間 t內(nèi)走過的路程設(shè)紙帶上相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為tA，則1tA = = 0.02 stA可視為很短.設(shè)滑塊A在碰撞前、后瞬時(shí)速度

12、大小分別為將式和圖給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式可得vo = 2.00 m/svi = 0.970 m/s設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為V2 ,由式有dV2 =tB代入題給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得V2 2.86 m/s設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的動(dòng)量分別為p和p '，則p = m ivop=n ivi + m2V2兩滑塊在碰撞前、后總動(dòng)量相對誤差的絕對值為$p =p pX100%P聯(lián)立式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得 心 1.7%<5%因此，本實(shí)驗(yàn)在允許的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律創(chuàng)新方案2 :利用等長的懸線懸掛等大的小球1. 實(shí)驗(yàn)器材：小球兩個(gè)(大小相同，質(zhì)量不同)、懸線、天平、量角器等2. 實(shí)驗(yàn)方法測質(zhì)量：用天平測出兩小

13、球的質(zhì)量(2)安裝：如圖7所示，把兩個(gè)等大的小球用等長的懸線懸掛起來圖7(3) 實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，將另一個(gè)小球拉開一定角度釋放，兩小球相碰測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(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(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.3 如圖8所示是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于 0點(diǎn)，0點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱 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右端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)

14、生對心碰撞，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.此外：圖8（1）還需要測量的量是 、和.根據(jù)測量的數(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?。┐鸢福?）彈性球1、2的質(zhì)量mi、m2立柱高h(yuǎn)桌面離水平地面的高度H （2）2 mi a h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，故只要再測量彈性球 1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動(dòng)量變化

15、；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測出立柱高h(yuǎn)和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球 2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質(zhì)量m2和立柱高h(yuǎn)、桌面離水平地面的高度 H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化.根據(jù)（1）的解析可以寫出動(dòng)量守恒的方程2m1 a h = 2m b h + m2 ：jH + h創(chuàng)新方案3:利用光滑長木板上兩車碰撞1. 實(shí)驗(yàn)器材：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車（兩個(gè)）、天平、撞針、橡皮泥、小木片 2. 實(shí)驗(yàn)方法測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量 安裝：如圖9所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車甲的后面， 在甲、乙兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥長木

16、板下墊上小木片來平衡摩擦力圖9(3)實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車甲運(yùn)動(dòng)，小車乙靜止，兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)測速度：可以測量紙帶上對應(yīng)的距離，算出速度(5) 改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(6) 驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 4 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞過程中不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車甲的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車甲使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)然后與原來靜止在前方的小車乙相碰并粘合成一體，而后兩車?yán)^續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖10所示在小車甲后連著紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力圖10(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖 11所示，并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距并標(biāo)在圖上，A為運(yùn)動(dòng)起始的第-點(diǎn)，則應(yīng)選 段計(jì)算小車甲的碰前速度，應(yīng)選 段來計(jì)算小車甲和乙碰后的共同速度(以上兩格填“ AB” “ BC” “ CD”或“ DE”).圖11已測得小車甲的質(zhì)量 m甲=0.40 kg，小車乙的質(zhì)量 m乙=0.20 kg，由以上測量結(jié)果，可得碰前 m甲v甲+ m 乙v乙= kg m/s ;碰后 m 甲v甲'-m 乙v乙' kg m/s.(3)通過計(jì)算得出的結(jié)論是什么？答案 (1)BC DE (2)0.4200.417(3)在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車的mv之 和是相等的CD解析(1)觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶， 點(diǎn)跡均勻