2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 動量 動量守恒定律 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證動量守恒定律課件.ppt

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第六章動量動量守恒定律 實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動量守恒定律 過好雙基關(guān) 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 算出碰撞前的動量p m1v1 m2v2及碰撞后的動量p m1v1 m2v2 看碰撞前后動量是否相等 2 實(shí)驗(yàn)器材斜槽 小球 兩個 直尺 復(fù)寫紙 白紙 圓規(guī) 重垂線 天平 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 3 白紙?jiān)谙?復(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O 圖1 4 不放被撞小球 讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下 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 4 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 OM ON的長度 將測量數(shù)據(jù)填入表中 最后代入 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)的動量守恒 1 數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證表達(dá)式 2 注意事項(xiàng) 1 斜槽末端的切線必須 2 入射小球每次都必須從斜槽高度由釋放 3 選質(zhì)量較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 水平 同一 靜止 大 研透命題點(diǎn) 例1如圖2所示 用 碰撞實(shí)驗(yàn)器 可以驗(yàn)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 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 解析 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)動的射程 答案 2 圖中O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m1多次從斜軌上S位置靜止釋放 找到其平均落地點(diǎn)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(xiàng)前的符號 A 用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1 m2B 測量小球m1開始釋放高度hC 測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD 分別找到m1 m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M NE 測量平拋射程OM ON 答案 解析 解析由表達(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 3 經(jīng)測定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖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(shí)m2的動量為p2 則p1 p2 11 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明 碰撞前后總動量的比值 答案 解析 圖3 14 2 9 1 01 聯(lián)立可得p1 p1 OP OM 44 80 35 20 14 11 4 有同學(xué)認(rèn)為 在上述實(shí)驗(yàn)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(yùn)動的射程增大 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)動射程ON的最大值為cm 答案 解析 76 80 變式1在 驗(yàn)證動量守恒定律 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 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)動軌跡及落點(diǎn)的情況簡圖如圖4所示 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 解析 解析由于要保證兩球發(fā)生彈性碰撞后做平拋運(yùn)動 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 圖4 答案 槽的末端的切線是水平的 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 解析 解析由于實(shí)驗(yàn)要重復(fù)進(jìn)行多次以確定同一個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)所以每次必須讓a球從同一高處靜止釋放滾下 答案 讓a球從同一高處 靜止釋放滾下 3 實(shí)驗(yàn)中還缺少的測量器材有 解析 解析要驗(yàn)證mav0 mav1 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)動的時(shí)間相同 故可驗(yàn)證mav0t mav1t mbv2t 而v0t OP v1t 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 答案 天平 刻度尺 4 實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量是 解析 解析由 3 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 答案 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 若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關(guān)系式成立 解析 解析由 3 的解析可知若該碰撞過程中動量守恒 則一定有關(guān)系式ma OP ma OM mb ON 答案 ma OP ma OM mb ON 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 彈簧片 膠布 撞針 橡皮泥等 2 實(shí)驗(yàn)方法 1 測質(zhì)量 用天平測出兩滑塊的質(zhì)量 2 安裝 按圖5安裝并調(diào)好實(shí)驗(yàn)裝置 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新 能力考點(diǎn)師生共研 圖5 3 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 一維碰撞中的動量守恒 例2 2014 新課標(biāo)全國卷 35 2 現(xiàn)利用圖6 a 所示的裝置驗(yàn)證動量守恒定律 在圖 a 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(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 答案 解析 圖6 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(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 tB 3 500ms 碰撞前后打出的紙帶如圖 b 所示 若實(shí)驗(yàn)允許的相對誤差絕對值 100 最大為5 本實(shí)驗(yàn)是否在誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動量守恒定律 寫出運(yùn)算過程 答案見解析 解析按定義 滑塊運(yùn)動的瞬時(shí)速度大小v為 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 tA可視為很短 設(shè)滑塊A在碰撞前 后瞬時(shí)速度大小分別為v0 v1 將 式和圖給實(shí)驗(yàn)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 代入題給實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)在允許的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動量守恒定律 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 大小相同 質(zhì)量不同 懸線 天平 量角器等 2 實(shí)驗(yàn)方法 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小球的質(zhì)量 2 安裝 如圖7所示 把兩個等大的小球用等長的懸線懸掛起來 圖7 3 實(shí)驗(yàn) 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 一維碰撞中的動量守恒 例3如圖8所示是用來驗(yàn)證動量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置 彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn) O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)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 答案 解析 圖8 1 還需要測量的量是 和 彈性球1 2的質(zhì)量m1 m2立柱高h(yuǎn)桌面離水平地面的高度H 解析要驗(yàn)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(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的動量變化 根據(jù)平拋運(yùn)動的規(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的動量變化 2 根據(jù)測量的數(shù)據(jù) 該實(shí)驗(yàn)中動量守恒的表達(dá)式為 忽略小球的大小 答案 解析 解析根據(jù) 1 的解析可以寫出動量守恒的方程 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 天平 撞針 橡皮泥 小木片 2 實(shí)驗(yàn)方法 1 測質(zhì)量 用天平測出兩小車的質(zhì)量 2 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 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 4 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 一維碰撞中的動量守恒 例4某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用打點(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 推動小車甲使之做勻速直線運(yùn)動 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 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50Hz 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)動起始的第一點(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 答案 解析 BC DE 解析觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶 點(diǎn)跡均勻的階段BC應(yīng)為小車甲與乙碰前的階段 CD段點(diǎn)跡不均勻 故CD應(yīng)為碰撞階段 甲 乙碰撞后一起勻速直線運(yùn)動 打出間距均勻的點(diǎn) 故應(yīng)選DE段計(jì)算碰后共同的速度 解析在誤差允許范圍內(nèi) 碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的 答案在誤差允許范圍內(nèi) 碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的 2 已測得小車甲的質(zhì)量m甲 0 40kg 小車乙的質(zhì)量m乙 0 20kg 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 答案 解析 0 420 0 417 m甲v甲 m乙v乙 0 420kg m s碰后m甲v甲 m乙v乙 m甲 m乙 v 0 60 0 695kg m s 0 417kg m s 3 通過計(jì)算得出的結(jié)論是什么