实验验证动量守恒定律课件.ppt

第,2,节　实验：验证动量守恒定律,在一维碰撞中，测出两物体的质量,m,1,和,m,2,碰撞前后两物体的速度,v,1,、,v,2,和,v,′,1,、,v,′,2,，算出碰撞前的动量,p,＝,,及碰撞后的动量,p,′,＝,,，看碰撞前后动量是否守恒．,,二、实验器材,,方案一：气垫导轨、光电计时器、,,、,,、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．,m,1,v,1,＋,m,2,v,2,m,1,v,1,′,＋,m,2,v,2,′,天平,滑块,(,两个,),一、实验原理,方案二：带细线的,,、铁架台、,,、量角器、坐标纸、胶布等．,,方案三：光滑长木板、,,、纸带、,,,、天平、撞针、橡皮泥．,,方案四：斜槽、,,、天平、,,、白纸等．,,三、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,,测出滑块质量．,,2,．安装：正确安装好气垫导轨．,摆球,(,两套,),天平,打点计时器,小车,(,两个,),小球,(,两个,),复写纸,天平,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,(,①,改变滑块的质量．,②,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：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验,,1,．测质量：用天平测出,,.,,2,．安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．,,3,．实验：一个小球,,，拉起另一个小球，放下时它们相碰．,两小球的质量,m,1,、,m,2,静止,4,．测速度：可以测量小球,,，从而算出碰撞前对应小球的,,，测量碰撞后小球,,,，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,,．,,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．,被拉起的角度,速度,摆起的角度,两小车的质量,两计数点间的距离及时间,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．,,4,．测速度：通过纸带上,,由,,v,＝ 算出速度．,,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,,方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律,,1,．用,,测出两小球的质量，并选定,,小球为入射小球．,,2,．按图所示安装实验装置．调整固定斜槽使,,,．,天平,质量大的,斜槽底端,切线水平,科目三考试,,,科目,3,实际道路考试技巧、视频教程,科目四考试,,,科目四模拟考试题,C1,科目四仿真考试,3,．白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置,O,.,,4,．不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复,10,次．用圆规画,,把所有的小球落点圈在里面．,,就是小球落点的平均位置．,,5,．把被撞小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验,10,次．用步骤,4,的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置,M,和被撞小球落点的平均位置,N,.,如图所示．,尽量小的圆,圆心,P,6,．连接,ON,，测量线段,,．将测,,量数据填入表中．最后代入,,，,,看在误差允许的范围内是否成立．,,7,．整理好实验器材放回原处．,,8,．实验结论：,,在实验误差范围内，,,．,OP,、,OM,、,ON,的长度,碰撞系统的动量守恒,7,．整理好实验器材放回原处．,,8,．实验结论：,,在实验误差范围内，,,．,,四、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,,．,碰撞系统的动量守恒,导轨水平,(2),若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在,,,，且刚好接触，摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在,,．,,(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),若利用斜槽进行实验，入射球质量要,,被碰球质量即：,m,1,>,m,2,，防止碰后,m,1,被反弹．,,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．,同一水平线上,同一竖直平面内,大于,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,五、误差分析,例,1,某同学设计了一个用打点计时器做,“,验证动量守恒定律,”,的实验：在小车,A,的前端粘有橡皮泥，推动小车,A,使之做匀速运动，然后与原来静止的小车,B,相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图甲所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为,50 Hz,，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．,,(1),若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距,(,标在图上,),．,A,为运动起点，则应该选择,__________,段来计算,A,碰前的速度，应选择,__________,段来计算,A,和,B,碰后的共同速度．,(,以上空格选填,“,AB,”“,BC,”,,“,CD,”,,“,DE,”,),．,题型一：对实验原理和数据处理的考查,(2),已测得小车,A,的质量,m,1,＝,0.40 kg,，小车,B,的质量,m,2,＝,0.20 kg,，由以上测量结果可得碰前,m,1,v,0,＝,____kg,·,m/s,；碰后,(,m,1,＋,m,2,),v,共,＝,________kg,·,m/s.,由此得出结论,____,．,例,2,某同学利用如图所示的装置验,,证动量守恒定律．图中两摆摆长相,,同，悬挂于同一高度，,A,、,B,两摆球,,均很小，质量之比为,1∶2.,当两摆均,,处于自由静止状态时，其侧面刚好接触．向右上方拉动,B,球使其摆线伸直并与竖直方向成,45,°,角，然后将其由静止释放．结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角成,30,°,.,若本实验允许的最大误差为,±,4%,，此实验是否成功地验证了动量守恒定律？,题型二：实验的创新,1,．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图,(a),所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成，在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差,.,,(1),下面是实验的主要步骤：,,①,安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；,,②,向气垫导轨通入压缩空气；,,③,把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块,1,的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；,④,使滑块,1,挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；,,⑤,把滑块,2,放在气垫导轨的中间；,,⑥,先,,，然后,,，让滑块带动纸带一起运动；,,⑦,取下纸带，重复步骤,④⑤⑥,，选出理想的纸带如图,(b),所示；,接通打点计时器的电源,放开滑块,1,⑧,测得滑块,1,的质量,310 g,，滑块,2(,包括橡皮泥,),的质量为,205 g,．完善实验步骤,⑥,的内容．,,(2),已知打点计时器每隔,0.02 s,打一个点，计算可知两滑块相互作用前系统的总动量为,,kg,·,m/s,；两滑块相互作用后系统的总动量为,,kg,·,m/s(,保留三位有效数字,),．,,(3),试说明,(2),中两结果不完全相等的主要原因是,,,．,0.620,0.618,纸带与打点计时器限位孔间存在摩擦,2,．某同学用图所示的装置通过半径相同的,A,、,B,两球,(,m,A,>,m,B,),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各自的落点痕迹．重复这种操作,10,次．图甲中,O,点是水平槽末端,R,在记录纸上的垂直投影点．,B,球落点痕迹如图乙所示，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．,(1),碰撞后,B,球的水平射程应取为,cm,；,65.7(65.5,～,65.9,均可,),*(2),在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量,( ),,A,．水平槽上未放,B,球时，测量,A,球落点位置到,O,点的距离,,B,．,A,球与,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,O,点相对于水平槽面的高度,ABD,(3),实验中，对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,C,【,解析,】,(1),如题图所示，用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心,C,的位置是,65.7 cm,，这也是小球落点的平均位置．,,(2),本实验中要测量的数据有：两个小球的质量,m,1,、,m,2,，三个落点的距离,s,1,、,s,2,、,s,3,，所以应选,A,、,B,、,D.,,(3),入射球的释放点越高，入射球碰前速度越大，相碰时内力越大，阻力的影响相对减小，可以较好地满足动量守恒的条件，也有利于减少测量水平位移时的相对误差，从而使实验的误差减小，选项,C,正确．,【,巩固基础,】,,1,．如图所示为,“,验证碰撞中的动量守恒,”,的实验装置．,(1),下列说法中不符合本实验要求的是,( ),,A,．入射球比靶球质量大或者小均可，但二者的直径必须相同,,B,．在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放,,C,．安装轨道时末端的切线必须水平,,D,．需要的测量仪器有天平和刻度尺,A,【,解析,】,本题考查碰撞过程中动量守恒定律．,(1),本实验要求入射球比靶球质量大，故,A,选项不合要求；每次入射球必须从同一高度由静止释放，才能保证每次入射的初动量相同，故,B,选项正确；本实验利用平抛运动求速度，把求速度转为求水平方向位移，从而使该实验得到简化，要保证小球每次都做平抛运动，所以轨道末端的切线必须水平，故,C,选项正确；根据需要验证表达式可知,D,选项正确．,②,根据动量守恒分析可得．,2,．在验证碰撞中动量守恒的实验中，实验要证明的是动量守恒定律的成立，即,m,1,v,1,＝,m,1,v,1,′,＋,m,2,v,2,′,.,,(1),按这一公式的要求，需测量两小球的质量和它们碰撞前后的水平速度，但实验中我们只需测量两小球的质量和飞行的水平距离,.,这是由于小球碰撞后做,,运动，各球下落高度相同，因而它们的,,也是相同的，可用小球飞行的水平距离来代表小球的水平速度,.,,平抛,飞行时间,(2),实验时，质量分别为,m,1,、,,m,2,的球半径大小均为,r,，且,,为已知，要完成这个实验，,,必须补充的测量工具还有,,．,,(3),由于偶然因素的存在，重复操作时小球落点不完全重合是正常的，落点,(,如,P,点,),的确定办法是,,,,.,毫米刻度尺,用一尽可,能小的圆把所有的落点都圈在里面，其圆心位置就是,小球落点的平均位置,(4),用图中的符号来表示,A,、,B,两小球碰撞中动量守恒的表达式是,,.,,(5),两球质量应满足,m,1,,m,2,.,,>,3,．气垫导轨,(,如右图,),工作,,时，空气从导轨表面的小,,孔喷出，在导轨表面和滑,,块内表面之间形成一层薄,,薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为,a,的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为,b,.,气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．下图为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带,上以,相同间距的,6,个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度,s,1,、,s,2,和,s,3,.,若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为,,、,,，两滑块的总动量大小为,,；碰撞后两滑块的总动量大小为,,.,重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．,0.2,abs,1,0.2,abs,3,0.2,ab,(,s,1,－,s,3,),0.4,abs,2,4,．如图所示，在实验室,,用两端带有竖直挡板,C,和,,D,的气垫导轨和有固定挡,,板的质量都是,M,的滑块,A,,和,B,做,“,探究碰撞中的守恒量,”,的实验，实验步骤如下：,,Ⅰ.,把两滑块,A,和,B,紧贴在一起，在,A,上放质量为,m,的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住,A,和,B,，在,A,和,B,的固定挡板间放入一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；,【,提升能力,】,Ⅱ,.,按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当,A,和,B,与固定挡板,C,和,D,碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下,A,至,C,的运动时间,t,1,，,B,至,D,的运动时间,t,2,；,,Ⅲ,.,重复几次，取,t,1,和,t,2,的平均值．,,(1),在调整气垫导轨时应注意,,；,,(2),应测量的数据还有,,,；,,,(3),只要关系式,,成立，即可得出碰撞中守恒的量是,m,v,的矢量和．,使气垫导轨水平,滑块,A,的左端到挡板,C,的距离,s,1,和滑块,B,的右端到挡板,D,的距离,s,2,5,．某同学把两个质量不同,,的木块用细线连接，中间,,夹一个被压缩了的轻弹簧，,,如图所示，将此系统置于光滑水平桌面上，烧断细线，观察两物体的运动情况，进行必要的测量，验证两物体相互作用的过程中动量守恒,.,,(1),该同学还需具备的器材是,,；,,(2),需要直接测量的数据是,,,；,,(3),用得到的数据验证动量守恒的关系式是,,,.,刻度尺、天平,两木块质量,m,1,、,m,2,及,其做平抛运动的水平位移,x,1,、,x,2,m,1,x,1,＝,m,2,x,2,6,．在,“,验证动量守恒定律,”,的实验中，请回答下列问题,.,,(1),实验记录如图甲所示，则,A,球碰前做平抛运动的水平位移是图中的,,，,B,球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的,,. (,两空均选填“,OM,”,、“,OP,”,或“,ON,”,),,(2),小球,A,下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结果,,产生误差,(,选填,“,会,”,或,“,不会,”,).,,OP,ON,不会,(3),实验装置如图甲所示，,A,球为入射小球，,B,球为被碰小球，以下所列举的在实验过程中必须满足的条件是,,,,A,．入射小球的质量,m,a,，可以小,,于被碰小球的质量,m,b,,B,．实验时需要测量斜槽末端到,,水平地面的高度,,C,．入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放,,D,．斜槽末端的切线必须水平，小球放在斜槽末端处，应能静止,,(4),在,“,验证动量守恒定律,”,的实验中,.,某同学用如图乙所示的装置进行了如下的操作：,D,①,先调整斜槽轨道，使末端的切线水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球,a,从斜槽轨道上某固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹,O,.,,②,将木板向右平移适当的距离，再使小球,a,从原固定点由静止释放，撞在木板上并在白纸上留下痕迹,B,.,,③,把半径相同的小球,b,静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球,a,仍从原固定点由静止释放，和小球,b,相碰后，两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹,A,和,C,.,,7,．用如图所示的装置进行,,“,验证动量守恒定律,”,的实,,验：,,(1),先测出可视为质点的两滑块,A,、,B,的质量分别为,m,、,M,及滑块与桌面间的动摩擦因数,μ,.,,(2),用细线将滑块,A,、,B,连接，使,A,、,B,间的轻弹簧处于压缩状态，滑块,B,恰好紧靠桌边,.,,(3),剪断细线，测出滑块,B,做平拋运动的水平位移,x,1,，滑块,A,沿水平桌面滑行距离为,x,2,(,未滑出桌面,),．,,为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母,,；如果动量守恒，需,,,要满足的关系式为,,.,,桌面离地高度,h,【,再上台阶,】,8,．,*,(1),“,验证动量守恒定律,”,的实验装置原来的教科书采用图甲的方法，经过编者修改后，现行的教科书采用图乙的方法．两个实验装置的区别在于：,①,悬挂重垂线的位置不同；,②,图甲中设计有一个支柱,(,通过调整，可使两球的球心在同一水平线上．上面的小球被碰离开后，支柱立即倒下,),，图乙中没有支柱，图甲中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过,O,、,O,′,点的竖直线上，重垂线只确定了,O,点的位置，比较这两个实验装置，下列说法正确的是,( ),A,．采用图甲的实验装置时，需要测出两小球的直径,,B,．采用图乙的实验装置时，需要测出两小球的直径,,C,．为了减小误差，采用图甲的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑,,D,．为了减小误差，采用图乙的实验装置时，应使斜槽末端水平部分尽量光滑,(2),在做,“,碰撞中的动量守恒,”,实验中：,①,如果采用,(1),中乙图装置做,“,碰撞中的动量守恒,”,实验，某次实验得出小球的落点情况如图所示，图中数据单位为,cm,，假设碰撞动量守恒，则之比,m,1,∶,m,2,＝,,．,,②,在实验中根据小球的落点情况，若等式,ON,＝,,,成立，则还可证明碰撞中前后系统的动能相等．,4,∶,1,OM,＋,OP,。