实验：验证动量守恒定律.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,(,改变滑块的质量,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,12.,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：,安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；,向气垫导轨通入压缩空气；,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；,使滑块,1,挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；,把滑块,2,放在气垫导轨的中间；,先,，然后,，让滑块带动纸带一起运动；,取下纸带，重复步骤,，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,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,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,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：,.,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】,.,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,；,.,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,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,.,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,.,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,.,(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：,悬挂重垂线的位置不同；,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：,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,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,