2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 動量守恒定律及其應(yīng)用 實驗七 驗證動量守恒定律學(xué)案.doc

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實驗七　驗證動量守恒定律 板塊一　主干梳理夯實基礎(chǔ) 　實驗原理與操作 ◆　實驗原理 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′，找出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動量是否守恒。 ◆　實驗器材 方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。 方案二：帶細繩的擺球(相同的兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。 方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥。 方案四：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。 ◆　實驗步驟 1．方案一：利用氣墊導(dǎo)軌驗證一維碰撞中的動量守恒 (1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊的質(zhì)量。 (2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)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速度(①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小)。 (4)驗證：一維碰撞中的動量守恒。 2．方案二：利用擺球驗證一維碰撞中的動量守恒 (1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2。 (2)安裝：把兩個等大的擺球用等長懸線懸掛起來。 (3)實驗：一個擺球靜止，拉起另一個擺球，放下時它們相碰。 (4)測速度：測量擺球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)擺球的速度；測量碰撞后擺球擺起的角度，從而算出碰撞后對應(yīng)擺球的速度。 (5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。 (6)驗證：一維碰撞中的動量守恒。 3．方案三：利用光滑桌面上兩小車相碰驗證一維碰撞中的動量守恒 (1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量m1、m2。 (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的限位孔連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。 (3)實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥，把兩小車連接在一起共同運動。 (4)測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v＝算出速度。 (5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。 (6)驗證：一維碰撞中的動量守恒。 4．方案四：利用平拋運動規(guī)律驗證動量守恒定律 (1)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)按要求安裝好實驗裝置，并調(diào)整斜槽使斜槽末端切線水平。 (3)白紙在下，復(fù)寫紙在上，在適當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置O。 (4)不放被碰小球，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)把被碰小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽上同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。用步驟(4)的方法，標(biāo)出碰后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。 (6)測量OP、OM、ON的長度，在誤差允許的范圍內(nèi)，看m1OP＝m1OM＋m2ON是否成立。 (7)整理好實驗器材并放回原處。 (8)實驗結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，討論碰撞系統(tǒng)的動量是否守恒。 　數(shù)據(jù)處理與分析 ◆　注意事項 1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。 2．方案提醒 (1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。 (2)若利用擺球進行驗證，兩擺球靜止時球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將擺球拉起后，兩擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。 (3)利用兩小車相碰進行驗證時，要注意平衡摩擦力。 (4)利用平拋運動規(guī)律進行驗證，安裝實驗裝置時，應(yīng)注意調(diào)整斜槽，使斜槽末端水平，且選質(zhì)量較大的小球為入射小球。 3．探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不變。 ◆　誤差分析 1．系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求。 (1)碰撞是否為一維。 (2)實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗時是否平衡掉摩擦力。 2．偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。 3．改進措施 (1)設(shè)計方案時應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動量守恒的條件。 (2)采取多次測量求平均值的方法來減小偶然誤差。 板塊二　考點細研悟法培優(yōu) 考點實驗方案及數(shù)據(jù)處理 1.實驗方案 方案一：利用氣墊導(dǎo)軌和光電門完成一維碰撞。 方案二：利用等長懸線掛等大小球完成一維碰撞。 方案三：在光滑水平面上，利用兩小車和打點計時器完成一維碰撞。 方案四：利用斜槽上滾下的小球與被撞小球完成一維碰撞。 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)速度的測量 方案一：滑塊速度的測量：v＝，式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間。 方案二：擺球速度的測量：v＝，式中h為小球釋放時(或碰撞后擺起的)高度，h可用刻度尺測量(也可由量角器和擺長計算出)。 方案三：小車速度的測量：v＝，式中Δx是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，Δt為小車經(jīng)過Δx的時間，可由打點間隔算出。 方案四：測入射小球速度v1＝，碰后入射小球速度v1′＝，被碰小球碰后速度v2＝。 (2)驗證的表達式 方案一、二、三：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 方案四：m1OP＝m1OM＋m2ON。 例　[2016長沙模擬]某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“驗證動量守恒定律”的實驗。先將a球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壓痕，重復(fù)10次；再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右端靜止放置，讓a球仍從原固定點由靜止開始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù)10次。 (1)本實驗必須測量的物理量有________。 A．斜槽軌道末端到水平地面的高度H B．小球a、b的質(zhì)量ma、mb C．小球a、b的半徑r D．小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時間t E．記錄紙上O點到A、B、C各點的距離OA、OB、OC F．a(chǎn)球的固定釋放點到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h (2)根據(jù)實驗要求，ma________(填“大于”“小于”或“等于”)mb。 (3)放上被碰小球后，兩小球碰后是否同時落地？如果不是同時落地，對實驗結(jié)果有沒有影響？(不必做分析) ________________________________________________________。 (4)為測定未放小球b時，小球a落點的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的O點對齊，如圖乙給出了小球a落點附近的情況，由圖可得OB距離應(yīng)為________cm。 (5)按照本實驗方法，驗證動量守恒的驗證式是________________________。 嘗試解答　(1)BE　(2)大于　(3)b球先落地，對實驗結(jié)果無影響　(4)45.95(45.93～45.97均正確) (5)maOB＝maOA＋mbOC。 (1)由動量守恒定律的表達式可得：mav1＝mav1′＋mbv2，必須測量小球a和b的質(zhì)量ma、mb，B選項正確； 小球重心離開水平軌道開始做平拋運動，高度一定，平拋時間一定，所以可以用射程表示速度，不需要測斜槽末端到地面的高度和平拋時間，而落點也是小球重心的位置，沒必要測小球的半徑，所以E選項正確，A、C、D選項都不正確；只要保證a球每次下落的高度不變就可以，不需要測出高度差h，F(xiàn)選項也錯誤。 (2)為了防止出現(xiàn)A小球反彈的現(xiàn)象，必須保證ma大于mb。 (3)b球先落地，對實驗結(jié)果無影響。 (4)用盡量小的圓，把a球的落點都圈起來，圓心就是a球落點的平均位置為45.95 cm。 (5)設(shè)平拋時間為t，則v1＝，v1′＝，v2＝，代入動量守恒的表達式，得maOB＝maOA＋mbOC。 　用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量，質(zhì)量為mA的鋼球A用細線懸掛于O點，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為H的小支柱N上，O點到A球球心距離為L，使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α，A球釋放后擺到最低點時恰好與B球正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D，保持α角度不變，多次重復(fù)上述實驗，白紙上記錄到多個B球的落點。 (1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離。 (2)實驗中需要測量的物理量有哪些？ (3)實驗中需要驗證的關(guān)系式是怎樣的？ 答案　(1)落地點　(2)L、α、β、H、s、mA、mB (3)mA＝mA＋mBs 解析　由機械能守恒定律可知A球下擺的過程有：mAgL(1－cosα)＝mAv，則A球向下擺到與B球相碰前的速度為vA＝。碰后A球的速度vA′＝，碰后B球做平拋運動vB′＝＝＝s。在碰撞中物體質(zhì)量與速度的乘積之和不變，則mAvA＝mAvA′＋mBvB′。故有mA＝mA＋mBs。