《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第十三章 动量实验十六 验证动量守恒定律(53张ppt).ppt
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1、一、实验目的 验证碰撞中的动量守恒。 二、实验原理 在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前、后物体的速度v1、v2及v1、v2,找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2,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。 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、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。,
2、四、实验步骤 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (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(改变滑块的质量;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:利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞实验 (1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。 (2)安装:把两个大小相等的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
3、,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 (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。,(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:利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验 (1)先用天平测出小球质量m1、m2。,图实161,
4、(2)按图实161所示那样安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度,且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平。 (3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射球m1碰前的位置。 (5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P。,(6)把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从同一高度滚下,使它发生正碰,重复10次,仿步骤(5)求出入射小球落地点的平
5、均位置M和被碰小球落地点的平均位置N。 (7)过O和N在纸上作一直线。 (8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1OPm1OMm2ON,看是否成立。,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: 斜槽末端的切线必须水平; 入射小
6、球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放; 选质量较大的小球作为入射小球; 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。,3探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。 七、误差分析 1系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求,即: (1)碰撞是否为一维碰撞。 (2)实验是否满足动量守恒的条件:如气垫导轨是否水平,两摆球是否等大,长木板实验是否平衡掉摩擦力。 2偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量。,实验原理与操作,例1 某同学用如图实162所示的 装置通过半径相同的A、B两球(mAmB)的 碰撞来验证动量守恒定律,图中PQ是斜槽, QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一
7、 固定位置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。再把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,图实162,各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图实162中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹如图实163所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐。,图实163,(1)碰撞后B球的水平射程应取为_cm; (2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量?_(填选项号) A水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离 BA球
8、与B球碰撞后,测量A球落点位置到O点的距离 C测量A球或B球的直径 D测量A球和B球的质量(或两球质量之比) E测量水平槽面相对于O点的高度,(3)实验中,关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 ( ) A释放点越低,小球受阻力越小,入射小球速度越小,误差越小 B释放点越低,两球碰后水平位移越小,水平位移测量的相对误差越小,两球速度的测量越准确 C释放点越高,两球相碰时,相互作用的内力越大,碰撞前后动量之差越小,误差越小 D释放点越高,入射小球对被碰小球的作用力越大,轨道对被碰小球的阻力越小,解析 (1)如题图所示,用尽可能小的圆把小球落点圈在里面,由此可见圆心的位置是65
9、.7 cm。 (2)小球做平抛运动时飞行时间相同,所以可以用水平位移的大小关系表示速度的大小关系。实验中要测量的数据有:两小球的质量m1、m2,三个落点到O点的距离x1、x2、x。所以应选A、B、D。 (3)入射小球的释放点越高,入射小球碰前速度越大,相碰时内力越大,阻力影响越小,可以较好地满足动量守恒的条件,有利于减小误差,故C正确。 答案 (1)65.7 (2)A、B、D (3)C,题组演练 1某同学用如图实164所示的装 置来验证动量守恒定律。图中PQ 为斜槽,QR为水平槽。实验时先 使a球从斜槽上某一固定位置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。关于小球落点的下列
10、说法中正确的是 ( ),图实164,A如果小球每一次都从同一点无初速释放,重复几次 的落点应当是重合的 B由于偶然因素存在,重复操作时小球的落点不重合 是正常的,但落点应当比较密集 C测定B点位置时,如果重复10次的落点分别为B1、B2、 B3、B10,则OB应取OB1、OB2、OB3OB10的平均值,即OB(OB1OB2OB10)/10 D用半径尽量小的圆把B1、B2、B3B10圈住,这个圆 的圆心就是入射球落点的平均位置B 解析:重复操作时小球的落点不会全重合,但距离应较近。确定落点位置的方法是画最小的圆圈定落点,圆心作为落点位置。,答案:BD,2如图实165所示为实验室中验证动量守恒的实
11、验 装置示意图。 (1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则 ( ),图实165,Am1m2,r1r2 Bm1m2,r1r2 Cm1m2,r1r2 Dm1m2,r1r2 (2)为完成此实验,以下所提供的测量工具中必需的是_。(填下列对应的字母) A直尺 B游标卡尺 C天平 D弹簧秤 E秒表 (3)设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,P为碰前入射小球落点的平均位置,则关系式(用m1、m2及图中字母表示)_成立,即表示碰撞中动量守恒。,解析:(1)两小球要选等大的,且入射小球的质量应大些,故选C。 (2)该实验必须测出两球平抛的水平位移和质量,故必须用到直
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