（北京专用）2020版高考物理总复习 第七章 第4讲 实验：验证动量守恒定律课件

第4讲实验:验证动量守恒定律实验装置与实验原理实验步骤知识梳理考点实验方法及注意事项深化拓展知识梳理 实验装置与实验原理 图1实验装置 图2实验原理验证关系式①m1·OP=m1·OM+m2·ON成立即可实验步骤(1)测质量:用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。(2)安装,按照如图1所示的装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。(3)铺纸: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)放球找点:不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是②小球落点的平均位置。(5)碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次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。 (6)验证:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度,将测量数据填入表中。最后代入③m1·OP=m1·OM+m2·ON,看在误差允许的范围内是否成立。 1.在做“验证动量守恒定律”实验时,入射球a的质量为m1,被碰球b的质量为m2,小球的半径为r,各球的落地点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是 ()A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下C.要验证的表达式是m1·ON=m1·OM+m2·OPD.要验证的表达式是m1·OP=m1·OM+m2·ONE.要验证的表达式是m1(OP-2r)=m1(OM-2r)+m2·ON答案D在此装置中,应使入射球的质量大于被碰球的质量,防止入射球碰后反弹或静止,故A错;入射球每次必须从斜槽的同一位置由静止滚下,保证每次碰撞都具有相同的初动量,故B错;两球做平抛运动时都具有相同的起点,故应验证的关系式为:m1·OP=m1·OM+m2·ON,D对,C、E错。2.某同学在“验证动量守恒定律”的实验中,测得两小球的平均落点与O点的距离如图所示,实验中已测得入射小球的质量为m1,若碰撞过程中动量守恒,则被碰小球的质量m2=。 答案 2113()ssms解析设小球做平抛运动的竖直高度为h,则飞行时间由h= gt2得t= 。由平抛知识可知入射小球m1碰前速度v0= ,碰后落到M点,因而碰后速度v1= 。被碰球m2碰后速度v2= ,由碰撞中动量守恒知m1v0=m1v1+m2v2即m1 =m1 +m2 解得m2= 。122hg2st1st3st2st1st3st2113()ssms深化拓展考点实验方法及注意事项1.斜槽末端的切线必须水平,调整方法是让碰撞的小球放在斜槽末端水平部分的任一位置都能静止;2.入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;3.入射小球质量每次都应大于被碰球的质量;4.实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸位置要始终保持不变。 1-1(2017朝阳二模)若采用图甲、乙所示两种实验装置来验证动量守恒定律(图中小球半径相同、质量均已知,且mAmB,B、B'两点在同一水平线上),下列说法正确的是 () A.采用图甲所示的装置,必需测量OB、OM、OP和ON的长度B.采用图乙所示的装置,必需测量OB、B'N、B'P和B'M的长度C.采用图甲所示的装置,若mA·ON=mA·OP+mB·OM,则表明此碰撞动量守恒D.采用图乙所示的装置,若 = + ,则表明此碰撞机械能也守恒1'BN1'BM1'BP答案D图甲中,球在空中做平抛运动的水平速度可分别表示为 、 和 ,因在空中飞行时间相等,故可用OM、OP和ON的长度代表水平速度,而不需测量时间,所以A项错误;图甲中,单独释放A球时落点为P,A与B碰后A的落点为M,而B的落点为N,故验证动量守恒的方程为mA·OP=mA·OM+mB·ON,故C项错误;图乙中由H= gt2可得A单独飞行时的水平速度大小vA= ,A与B碰后A的水平速度大小vA'= ,OMtOPtONt122'xBPg2'xBMg而B的水平速度大小vB'= ,验证动量守恒的方程可简化为mA· =mA· +mB· ,故B项错误;图乙中,若碰撞过程的机械能守恒,则有 mA· = mA· + mB· ,联立可得 = + ,故D项正确。2'xBNg1'BP1'BM1'BN121'BP121'BM121'BN1'BN1'BM1'BP1-2(2018西城一模)如图1所示,用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下,进入水平轨道后,从轨道末端水平抛出,落到位于水平地面的复写纸上,在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在水平轨道末端,让A球仍从位置C由静止滚下,A球和B球碰撞后,分别在白纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置,未放B球时,A球的落点是P点,O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点,如图2所示。 图1 图2(1)在这个实验中,为了尽量减小实验误差,两个小球的质量应满足m1m2(选填“”或“”);除了图中器材外,实验室还备有下列器材,完成本实验还必须使用的两种器材是。A.秒表B.天平C.刻度尺D.打点计时器(2)下列说法中正确的是。A.如果小球每次从同一位置由静止释放,每次的落点一定是重合的B.重复操作时发现小球的落点并不重合,说明实验操作中出现了错误C.用半径尽量小的圆把10个落点圈起来,这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置D.仅调节斜槽上固定位置C,它的位置越低,线段OP的长度越大(3)在某次实验中,测量出两个小球的质量m1、m2。记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上,测量出三个落点位置与O点距离OM、OP、ON的长度。在实验误差允许范围内,若满足关系式,则可以认为两球碰撞前后在OP方向上的总动量守恒;若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足关系式。(用测量的量表示)(4)在OP、OM、ON这三个长度中,与实验所用小球质量无关的是,与实验所用小球质量有关的是。(5)某同学在做这个实验时,记录下小球三个落点的平均位置M、P、N,如图3所示。他发现M和N偏离了OP方向。这位同学猜想两小球碰撞前后在OP方向上依然动量守恒,请你帮他写出验证这个猜想的办法。 图3答案(1)BC(2)C(3)m1·OP=m1·OM+m2·ONm1·OP2=m1·OM2+m2·ON2(4)OPOM和ON(5) 连接OP、OM、ON,作出M、N在OP方向上的投影点M'、N',如图所示。分别测量出OP、OM'、ON'的长度。若在实验误差允许范围内,满足关系式m1·OP=m1·OM'+m2·ON',则可以认为两小球碰撞前后在OP方向上动量守恒。解析(1)为了保证两小球相碰之后都能平抛出去,则m1m2。需测量小球的质量和平抛运动的水平位移,所以需要天平和刻度尺。(2)实验过程存在误差,为了减小误差,可以取小球的落点平均位置来研究。(3)由平抛运动的时间相等,再根据动量守恒定律有:m1· =m1· +m2· ,可得m1·OP=m1·OM+m2·ON若为弹性碰撞同时满足动能不变:OPtOMtONt m1 = m1 + m2 即m1·OP2=m1·OM2+m2·ON2(4)A球单独从C点滚下时,水平射程为OP 由此可得OP与小球质量无关,而OM、ON是两小球碰后的水平射程与122OPt122OMt122ONt2110021212mghmvOPvtHgt质量有关。