实验-验证动量守恒定律-PPT课件

RJ版·物理新课标高考总复习RJ版·物理新课标高考总复习(对应学生用书P240)一、实验目的1．验证一维碰撞中的动量守恒．2．探究一维弹性碰撞的特点．二、实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v′1＋m2v′2，看碰撞前后动量是否守恒．RJ版·物理新课标高考总复习三、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钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板．RJ版·物理新课标高考总复习四、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(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．RJ版·物理新课标高考总复习方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1.测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.2.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，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．RJ版·物理新课标高考总复习方案三：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．4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝ΔxΔt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．RJ版·物理新课标高考总复习方案四：碰撞前后的速度测量是实验中误差的主要来源，若采用下列实验方法可避免速度的测量．如右图所示，将质量分别为m1和m2的两小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，且m1m2，根据动量守恒定律应有：m1v1＝m1v′1＋m2v′2.因小球从斜槽末端飞出后做平抛运动，由平抛运动的知识可知，小球下落高度相同，则飞行时间相同，若用飞行时间作时间单位，则水平速度大小就等于小球飞出的水平距离，则动量守恒时应有：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.RJ版·物理新课标高考总复习(对应学生用书P241)要点一注意事项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．RJ版·物理新课标高考总复习(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平面内．(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：①斜槽末端的切线必须水平；②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；③选质量较大的小球作为入射小球；④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．RJ版·物理新课标高考总复习要点二误差分析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．RJ版·物理新课标高考总复习某同学用如右图所示装置来验证动量守恒定律，让质量为m1的小球从斜糟某处由静止开始滚下，与静止在斜槽末端质量为m2的小球发生碰撞．(1)实验中必须要求的条件是__________．A．斜槽必须是光滑的B．斜槽末端的切线必须水平C．m1与m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度D．m1每次必须从同一高度处滚下RJ版·物理新课标高考总复习(2)实验中必须测量的物理量是__________．A．小球的质量m1和m2B．小球起始高度hC．小球半径R1和R2D．小球起飞的时间tE．桌面离地面的高度HF．小球飞出的水平距离s[解析]本题考查验证动量守恒定律实验的基本原理和实验方法．(1)实验中为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平，要使两球碰后均平抛，两球心必须在同一高度，要保证小球m1碰前速度不变，m1每次必须从同一高度滚下，斜槽没必要保证光滑，故B、C、D正确．(2)必须测量两球质量m1、m2和小球平抛的水平距离，故选A、F.[答案](1)BCD(2)AFRJ版·物理新课标高考总复习(对应学生用书P241)题型一实验原理的理解和误差分析例1(2011·辽宁模拟)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，气垫导轨装置如下图(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．RJ版·物理新课标高考总复习(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向气垫导轨空腔内通入压缩空气；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；RJ版·物理新课标高考总复习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，选出理想的纸带如上图(b)所示；⑧测得滑块1的质量310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.完善实验步骤⑥的内容．(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为______________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为__________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______________________________________．RJ版·物理新课标高考总复习[答案](1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器限位孔间有摩擦[尝试解答](1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块．(2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0＝m1v0.v0＝0.20.1m/s＝2m/s，p0＝0.31×2kg·m/s＝0.620kg·m/s.作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v＝0.1680.14m/s＝1.2m/s，p＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/s.(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔间有摩擦．RJ版·物理新课标高考总复习题型二实验数据的处理例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？RJ版·物理新课标高考总复习[尝试解答]设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l，B球的初始高度为h1，碰撞前B球的速度为vB.在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h1＝l(1－cos45°)①12mBv2B＝mBgh1②设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2.有p1＝mBvB③联立①②③式得p1＝mB2gl1－cos45°④同理可得p2＝(mA＋mB)2gl1－cos30°⑤RJ版·物理新课标高考总复习[答案]见解析联立④⑤式得p2p1＝mA＋mBmB1－cos30°1－cos45°⑥代入已知条件得p2p12≈1.03由此可以推出|p2－p1p1|≈1.4%4%所以，此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律．RJ版·物理新课标高考总复习(对应学生用书P242)1．某同学用下图甲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．RJ版·物理新课标高考总复习(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？答：__________.(填选项字母)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RJ版·物理新课标高考总复习(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RJ版·物理新课标高考总复习[解析](1)用一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64.7cm，这就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m1、m2，三个落点的距离x1、x2、x3，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．[答案](1)64.7(64.5～64.9均可)(2)A、B、D(3)CRJ版·物理新课标高考总复习2．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻质弹簧，如右图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证物体间相互作用时动量守恒．(1)该同学还必须有的器材是________________________．(2)需要直接测量的数据是___________________________.(3)用所得数据验证动量守恒的关系式是_______________．[解析]这个实验的思路与课本上采用的实验的原理完全相同，也是通过测平抛运动的位移来代替它们作用完毕时的速度．[答案](1)刻度尺、天平(2)两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离x1、x2(3)m1x1＝m2x2RJ版·物理新课标高考总复习3．如右图所示是用来验证动量守恒的实验装置．弹性球1用细线悬挂于O点，O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2