2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗十二 驗證動量守恒定律課件.ppt

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實驗十二 驗證動量守恒定律 1 實驗原理 在一維碰撞中 分別測出物體的質(zhì)量m1 m2和碰撞前后物體的速度v1 v2 v1 v2 算出碰撞前的動量p 及碰撞后的動量p 即可 驗證碰撞前后動量是否守恒 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 實驗方案 實驗需測量物體的質(zhì)量和速度 質(zhì)量可用天平直接測量 測速度的方案有 1 利用平拋運動測速度 利用平拋運動下落高度相同時 水平速度與水平距離成正比 此方案所用器材有 斜槽 大小相等 質(zhì)量不同的小鋼球兩個 重錘線一條 白紙 復(fù)寫紙 天平 刻度尺 圓規(guī) 三角板 2 利用光電門測速度 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速度 此方案所用器材有 氣墊導(dǎo)軌 光電計時器 天平 滑塊 兩個 重物 彈簧片 細(xì)繩 彈性碰撞架 膠布 撞針 橡皮泥 3 利用平拋運動測速度的實驗原理圖S12 1 1 質(zhì)量分別為m1和m2的兩小球A B發(fā)生正碰 若碰前m1運動 m2靜止 根據(jù)動量守恒定律應(yīng)有 m1v1 m1v1 m2v2 m1 OM m2 O N 2 各小球在同一高度做平拋運動 運動時間相等 則動量守恒時有 m1 OP 如圖S12 1所示 4 利用平拋運動測速度的實驗步驟 1 先用天平測出小鋼球的質(zhì)量m1 m2 2 按要求安裝好實驗裝置 將斜槽固定在桌邊 使槽的末端點切線水平 把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上 調(diào)節(jié)實驗裝置使兩小球碰撞時處于同一水平高度 確保碰撞后的速度方向水平 3 在地上鋪一張白紙 白紙上鋪放復(fù)寫紙 4 在白紙上記下重錘線所指的位置O 它表示入射小球m1 碰前的球心豎直投影的位置 5 先不放被碰小球 讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下 重復(fù)10次 用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面 圓心就是入射小球不碰撞時落地點的平均位置P 6 把被碰小球放在小支柱上 讓入射小球從同一高度滾下 使它們發(fā)生正碰 重復(fù)10次 仿步驟 5 求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N 7 過O N在紙上作一直線 取OO 2r O 就是被碰 小球碰撞時的球心豎直投影的位置 8 用刻度尺量出線段OM OP O N的長度 把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1 OP m1 OM m2 O N 看是否成立 9 整理實驗器材放回原處 5 利用平拋運動測速度實驗的注意事項 1 斜槽末端必須 水平 同一高度 2 入射小球每次都必須從斜槽上的 滾下 3 白紙鋪好后不能移動 4 入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量 即m1 m2 且r1 r2 r 考點 基本實驗操作與實驗數(shù)據(jù)的考查 典題1 如圖S12 2所示 用 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水平部分碰撞前后的動量關(guān)系 圖S12 2 1 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 填選項前的字母 間接地解決這個問題 A 小球開始釋放的高度h B 小球拋出點距地面的高度HC 小球做平拋運動的射程 2 圖S12 2中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影 實驗時 先讓入射球m1多次從斜軌上S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OP 然后 把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分 再將入射球m1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 填選項前的字母 A 用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1 m2B 測量小球m1開始釋放的高度hC 測量拋出點距地面的高度H D 分別找到m1 m2相碰后平均落地點的位置M NE 測量平拋射程OM ON 3 若兩球相碰前后的動量守恒 其表達式可表示為 用 2 中測量的量表示 若碰撞是彈性碰撞 那么還應(yīng)滿足的表達式為 用 2 中測量的量表示 4 經(jīng)測定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地點的平均位置距O點的距離如圖S12 3所示 碰撞前后m1的動量分別為p1與p1 則p1 p1 11 若碰撞結(jié)束時m2的動量為p2 則p1 p2 11 實驗結(jié)果表明 碰撞前 后 總動量的比值 p1p1 p2 為 圖S12 3 5 有同學(xué)認(rèn)為 在上述實驗中僅更換兩個小球的材質(zhì) 其他條件不變 可以使被碰小球做平拋運動的射程增大 請你用 4 中已知的數(shù)據(jù) 分析和計算出被碰小球m2平拋運動射程ON的最大值為 cm 解析 1 在落地高度不變的情況下 水平位移就能反映平拋初速度的大小 所以 僅測量小球做平拋運動的射程就能間接測量速度 2 測量平均落地點的位置 找到平拋的水平位移 因此步驟中D E是必需的 而且D先E后 至于用天平測質(zhì)量則先后均可 所以若兩球相碰前后的動量守恒 則m1 OM m2 ON m1 OP成立 若碰撞是彈性碰撞 機械能守恒 則m1 OM2 m2 ON2 m1 OP2成立 答案 1 C 2 ADE 或DEA 3 m1 OM m2 ON m1 OPm1 OM2 m2 ON2 m1 OP2 4 142 9 1 01 5 76 80 考向1 用光電門測速度 典題2 2014年新課標(biāo) 卷 現(xiàn)利用如圖S12 4甲所示的裝置驗證動量守恒定律 在圖甲中 氣墊導(dǎo)軌上有A B兩個滑塊 滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片 左側(cè)與打點計時器 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 光電計時器 未完全畫出 可以記錄遮光片通過光電門的時間 甲 乙 圖S12 4 實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1 0 310kg 滑塊B的質(zhì)量m2 0 108kg 遮光片的寬度d 1 00cm 打點計時器所用交流電的頻率f 50 0Hz 將光電門固定在滑塊B的右側(cè) 啟動打點計時器 給滑塊A一向右的初速度 使它與B相碰 碰后光電計時器顯示的時間為 tB 3 500ms 碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示 最大為5 本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒 定律 請寫出運算過程 tA 0 02s 解 按定義 滑塊運動的瞬時速度大小v為 v s t 式中 s為滑塊在很短時間 t內(nèi)走過的路程設(shè)紙帶上相鄰兩點的時間間隔為 tA 則 1f tA可視為很短 設(shè)滑塊A在碰撞前 后瞬時速度大小分別為v0 v1 將 式和圖給實驗數(shù)據(jù)代入 式可得v0 2 00m s v1 0 970m s 設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為v2 由 式有 v2 d tB 代入題給實驗數(shù)據(jù)得v2 2 86m s 設(shè)兩滑塊在碰撞前 后的動量分別為p和p 則 p m1v0 p m1v1 m2v2 兩滑塊在碰撞前 后總動量相對誤差的絕對值為 聯(lián)立 式并代入有關(guān)數(shù)據(jù) 得 p 1 7 5 因此 本實驗在允許的誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律 考向2 用打點計時器測速度 典題3 某同學(xué)設(shè)計了一個 用電磁打點計時器驗證動量守恒定律 的實驗 在小車A的前端裝有橡皮泥 推動小車A使之做勻速運動 然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體 繼續(xù)做勻速運動 他設(shè)計的裝置如圖S12 5甲所示 在小車A后連著紙帶 電磁打點計時器所用的電源頻率為50Hz 長木板下墊著小木片以平衡摩擦力 甲 乙 圖S12 5 1 若已測得打點紙帶如圖乙所示 并測得各計數(shù)點的間距 已標(biāo)在圖上 A為運動的起點 則應(yīng)選 段來計算A碰前的速度 應(yīng)選 段來計算A和B碰后的共同速度 填 AB BC CD 或 DE 2 已測得小車A的質(zhì)量m1 0 4kg 小車B的質(zhì)量m2 0 2kg 則碰前兩小車的總動量為 kg m s 碰后兩小車的總動量為 kg m s 解析 1 從分析紙帶上打點的情況看 BC段既表示小車做勻速運動 又表示小車有較大速度 因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運動情況 應(yīng)選用BC段計算小車A的碰前速度 從CD段打點的情況看 小車的運動情況還沒穩(wěn)定 而在DE段小車運動穩(wěn)定 故應(yīng)選用DE段計算碰后A和B的共同速度 2 小車A在碰撞前的速度 小車A在碰撞前的動量p0 m1v0 0 4 1 050kg m s 0 420kg m s碰撞后A B的共同速度 碰撞后A B的總動量p m1 m2 v 0 2 0 4 0 695kg m s 0 417kg m s 答案 1 BC DE 2 0 4200 417 考向3 用頻閃照相探究動量守恒定律 典題4 2017年江西九校高三大聯(lián)考 利用頻閃照相和氣墊導(dǎo)軌做 探究碰撞中的不變量 的實驗 步驟如下 用天平測出滑塊A B的質(zhì)量分別為200g和300g 安裝好氣墊導(dǎo)軌 調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕 使導(dǎo)軌水平 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣 把A B兩滑塊放到導(dǎo)軌上 并給他們一個初速度 同時開始閃光照相 閃光的時間間隔設(shè)定為 t 0 2s 照片如圖S12 6所示 圖S12 6 結(jié)合實驗過程和圖象分析知 該圖象是閃光4次攝得的照片 在這4次閃光的瞬間 A B兩滑塊均在0 80cm刻度范圍內(nèi) 第一次閃光時 滑塊A恰好通過x 55cm處 滑塊B恰好通過x 70cm處 碰撞后有一個物體處于靜止?fàn)顟B(tài) 設(shè)向右為正方向 試分析 滑塊碰撞時間發(fā)生在第一次閃光后 s 碰撞前兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是 kg m s 碰撞后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和是 kg m s 答案 0 1 0 2 0 2