高考物理一輪復習課件第六章碰撞與動量守恒實驗七

實驗七驗證動量守恒定律方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗(如圖1所示)天平圖11.測質(zhì)量：用______測出滑塊質(zhì)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______

(①改變滑塊的質(zhì)量。②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。速度圖2方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(如圖2所示)1.測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)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______，拉起另一個小球，放下后它們______。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______。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。靜止相碰速度方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(如圖3所示)圖31.測質(zhì)量：用天平測出兩小車的______。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______和橡皮泥。3.實驗：接通______，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成整體運動。質(zhì)量撞針電源方案四：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律(如圖4所示)圖4距離1.測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。2.安裝：按照圖4所示安裝實驗裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3.鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好。記下重垂線所指的位置O。4.放球找點：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10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心P就是小球落點的平均位置。5.碰撞找點：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，重復實驗10次。用步驟4的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N。如圖5所示。圖5熱點一教材原型實驗【例1】某同學用如圖6甲所示裝置來驗證動量守恒定律，實驗時先讓小球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痕跡，重復10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復10次。回答下列問題：圖6(1)在安裝實驗器材時斜槽的末端應__________________________________。(2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關系應滿足ma________mb，兩球的半徑應滿足ra________rb。(填“>”“<”或“＝”)(3)本實驗中小球平均落地點的位置距O點的距離如圖乙所示，小球a、b碰后的平均落地點依次是圖乙中的________點和________點。(4)在本實驗中，驗證動量守恒的式子是下列選項中的________。A.ma＝ma＋mbB.ma＝ma＋mbC.ma＝ma＋mb解析(1)小球離開軌道后應做平拋運動，所以在安裝實驗器材時斜槽的末端必須保持水平，才能使小球做平拋運動。(2)為防止在碰撞過程中入射小球被反彈，入射小球a的質(zhì)量ma應該大于被碰小球b的質(zhì)量mb。為保證兩個小球的碰撞是對心碰撞，兩個小球的半徑應相等。(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的落點位置分別為A、C點。答案

(1)保持水平(2)>＝(3)A

C

(4)B【變式訓練1】某同學設計了一個用打點計時器“探究碰撞中的不變量”的實驗，在小車A的前端粘有橡皮泥，設法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止的小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運動，如圖7所示。在小車A的后面連著紙帶，電磁打點計時器的頻率為50Hz。圖7

(1)若已得到打點紙帶如圖8所示，并測得各計數(shù)點間的距離。則應選圖中________段來計算A碰前的速度，應選________段來計算A和B碰后的速度。圖8(2)已測得小車A的質(zhì)量mA＝0.40kg，小車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)從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看，A、B碰撞的過程中，可能哪個物理量是不變的？

_____________________________________________________________________。解析(1)因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B黏在一起，其共同速度比A原來的速度小。所以，應選點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A碰前的速度，選點跡分布均勻且點距較小的DE段計算A和B碰后的速度。(3)數(shù)據(jù)處理表明，mAvA＋mBvB≈mAvA′＋mBvB′，即在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，A、B碰撞前后總的物理量mv是不變的。答案

(1)BC

DE

(2)0.420

0.417

(3)mv熱點二實驗拓展創(chuàng)進【例2】如圖9是用來驗證動量守恒的實驗裝置，彈性球1用細線懸掛于O點，O點下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實驗時，調(diào)節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上。釋放球1，當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠可擺到B點，球2落到水平地面上的C點。測出有關數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒?，F(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b，C點與桌子邊沿間的水平距離為c。此處，圖9(1)還需要測量的量是________、________和________。(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為__________。(忽略小球的大小)解析(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機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的動量變化；根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h、桌面高H就能求出彈性球2的動量變化?！咀兪接柧?】某同學利用電火花計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗。氣墊導軌裝置如圖10(a)所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導軌的兩個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，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。圖10(1)下面是實驗的主要步驟：①安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；②向氣墊導軌通入壓縮空氣；③把電火花計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間；⑥先________，然后________，讓滑塊帶動紙帶一起運動；⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出理想的紙帶如圖(b)所示；⑧測得滑塊1的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g。完善實驗步驟⑥的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為________kg·m/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為________kg·m/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(3)試說明(2)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是________________________________________________________________________________________________。解析(1)使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點計時器的電源，后釋放滑塊1。(3)結(jié)果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用。答案(1)接通打點計時器的電源釋放滑塊1(2)0.620

0.618

(3)紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用1.(多選)如圖11在利用懸線懸掛等大小球進行驗證動量守恒定律的實驗中，下列說法正確的是(

)圖11A.懸掛兩球的線長度要適當，且等長B.由靜止釋放小球以便較準確地計算小球碰前的速度C.兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同D.兩小球碰后可以粘合在一起共同運動答案ABD2.(2017·湖南三湘大聯(lián)考)氣墊導軌是常用的一種實驗儀器。它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在水平導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦。我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖12所示(彈簧的長度忽略不計)，實驗步驟如下：圖12a.用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB。b.調(diào)整氣墊導軌，使導軌處于水平狀態(tài)。c.在A和B之間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上。d.用刻度尺測出A的左端到C的距離L1。e.按下電鈕，放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作。當滑塊A、B分別碰撞擋板C、D時停止計時，記下滑塊A到達擋板C和滑塊B到達擋板D的運動時間t1和t2。(1)實驗中還應測量的物理量是________________。(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，可得出驗證動量守恒定律的表達式是________________。(3)上式中算得的滑塊A、B的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因可能是___________________________________________________________________________________________________________________________。(至少寫出兩點)(3)產(chǎn)生誤差的原因可能是測量mA、mB、L1、L2、t1、t2時帶來的誤差；氣墊導軌不水平；滑塊與氣墊導軌間有摩擦。答案

(1)B的右端至D的距離L2

(2)mA－mB＝0(3)見解析3.某同學用如圖13所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量，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。