2019年高考物理一轮复习第六章动量守恒定律及其应用实验七验证动量守恒定律学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验七 验证动量守恒定律 板块一 主干梳理 夯实基础 实验原理与操作 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 m1v1 m2v2 ，看碰撞前后动量是否守恒。 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：带细绳的摆球 (相同的两套 )、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球两

2、个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。 实验步骤 1方案一：利用气垫导轨验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量：用天平测出滑块的质量。 (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 ( 改变滑块的质量； 改变滑块的初速度大小 )。 (4)验证：一维碰撞中的动量守恒。 2方案二：利用摆球验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量：用天平测出两小球的质量 m1、 m2。 (2)安装：把两个等大的摆球用等长悬线悬挂起来。 (3)实验：一个摆球静止，拉起另一个摆球，放下时它们相碰。 (4)测速度：测量摆球被拉起的角度，

3、从而算出碰撞前对应摆球的速度；测量碰撞后摆球摆起的角度，从而算出碰撞后对应摆球的速度。 (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。 3方案三：利用光滑桌面上两小车相碰验证一维碰撞中的动量守恒 (1)测质量：用天平测出两小车的质量 m1、 m2。 (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的限位孔连在小车的后面，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，把两小车连接在一起共同运动。 (4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由 v x t算出速度。 (

4、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。 4方案四：利用平抛运动规律验证动量守恒定律 (1)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。 【 精品教育资源文库 】 (2)按要求安装好实验装置，并调整斜槽使斜槽末端切线水平。 (3)白纸在下，复写纸在上， 在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置 O。 (4)不放被碰小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复 10 次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心 P 就是小球落点的平均位置。 (5)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从斜槽上同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验 10

5、次。用步骤 (4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置 N。 (6)测量 OP、 OM、 ON 的长度，在误差允许的范围内，看 m1 OP m1 OM m2 ON 是否成立。 (7)整理好实验器材并放回原处。 (8)实验结论：在误差允许的范围内，讨论碰撞系统的动量是否守恒。 数据处理与分析 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验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直，将摆球拉起后，两摆线应在同

6、一竖直面内。 (3)利用两小车相碰进行验证时，要注意平衡摩擦力。 (4)利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小 球为入射小球。 3探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。 误差分析 1系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。 (1)碰撞是否为一维。 (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，长木板实验时是否平衡掉摩擦力。 2偶然误差：主要来源于质量 m 和速度 v 的测量。 3改进措施 (1)设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件。 (2)采取多次测量求平均值的方法来减小偶然误差。 板块

7、二 考点细研 悟法培优 考点实验方案及数据处理 1.实验方案 方案一：利 用气垫导轨和光电门完成一维碰撞。 方案二：利用等长悬线挂等大小球完成一维碰撞。 方案三：在光滑水平面上，利用两小车和打点计时器完成一维碰撞。 【 精品教育资源文库 】 方案四：利用斜槽上滚下的小球与被撞小球完成一维碰撞。 2数据处理 (1)速度的测量 方案一：滑块速度的测量： v x t，式中 x 为滑块挡光片的宽度 (仪器说明书上给出，也可直接测量 )， t为数字计时器显示的滑块 (挡光片 )经过光电门的时间。 方案二：摆球速度的测量： v 2gh，式中 h 为小球释放时 (或碰撞后摆起的 )高度， h 可用刻度尺

8、测量 (也可由量角器和摆长计算出 )。 方案三：小车速度的测量： v x t，式中 x 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量， t 为小车经过 x 的时间，可由打点间隔算出。 方案四：测入射小球速度 v1 OPt ，碰后入射小球速度 v1 OMt ，被碰小球碰后速度 v2 ONt 。 (2)验证的表达式 方案一、二、三： m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 。 方案四： m1 OP m1 OM m2 ON。 例 2016 长沙模拟 某同 学用如图甲所示的装置做 “ 验证动量守恒定律 ” 的实验。先将 a 球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复 10

9、 次；再把同样大小的 b 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让 a 球仍从原固定点由静止开始滚下，和 b 球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次。 (1)本实验必须测量的物理量有 _。 A斜槽轨道末端到水平地面的高度 H B小球 a、 b 的质量 ma、 mb C小球 a、 b 的半径 r D小球 a、 b 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间 t E记录纸上 O 点到 A、 B、 C 各点的距离 OA、 OB、 OC F a 球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差 h (2)根据实验要求， ma_(填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ”) mb。 (3)

10、放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？ (不必做分析 ) _。 (4)为测定未放小球 b 时，小球 a 落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的 O 点对齐，如图乙给出了小球 a 落点附近的情况，由图可得 OB 距离应为 _cm。 【 精品教育资源文库 】 (5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是 _。 尝试解答 (1)BE (2)大于 (3)b 球先落地，对实验结果无影响 (4)45.95(45.93 45.97 均正确 ) (5)ma OB ma OA mb OC。 (1)由动量守恒定律的表达式可得： mav1 mav1 mbv2，必须

11、测量小球 a 和 b 的质量 ma、 mb， B 选项正确； 小球重心离开水平轨道开始做平抛运动，高度一定，平抛时间一定，所以可以用射程表示速度，不需要测斜槽末端到地面的高度和平抛时间，而落点也是小球重心的位置，没必要测小球的半径，所以 E 选项正确， A、 C、D 选项都不正确；只要保证 a 球每次下落的高度不变就可以，不需要测出高度差 h， F 选项也错误。 (2)为了防止出现 A 小球反弹的现象，必须保证 ma大于 mb。 (3)b 球先落地，对实验结果无影响。 (4)用尽量小的圆，把 a 球的落点都圈起来，圆心就是 a 球落点的平均位置为 45.95 cm。 (5)设平抛时间为 t，则

12、 v1 OBt ， v1 OAt ， v2 OCt ，代入动量 守恒的表达式，得 ma OB ma OA mb OC。 跟踪训练 用如图所示装置探究碰撞中的不变量，质量为 mA的钢球 A 用细线悬挂于 O 点，质量为 mB的钢球B 放在离地面高度为 H 的小支柱 N 上， O 点到 A 球球心距离为 L，使悬线在 A 球释放前伸直，且线与竖直方向的夹角为 ， A 球释放后摆到最低点时恰好与 B 球正碰，碰撞后， A 球把轻质指示针 OC 推移到与竖直方向夹角为 处， B 球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸 D，保持 角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个 B 球的落点。 (1)图

13、 中 s 应是 B 球初始位置到 _的水平距离。 (2)实验中需要测量的物理量有哪些？ (3)实验中需要验证的关系式是怎样的？ 答案 (1)落地点 (2)L、 、 、 H、 s、 mA、 mB (3)mA 2gL cos mA 2gL cos mBs g2H 解析 由机械能守恒定律可知 A 球下摆的过程有： mAgL(1 cos ) 12mAv2A，则 A 球向下摆到与 B 球相碰前的速【 精品教育资源文库 】 度为 vA 2gL cos 。碰后 A球的速度 vA 2gL cos ，碰后 B球做平抛运动 vB st s2Hg s g2H。在碰撞中物体质量与速度的乘积之和不变，则 mAvA mAvA mBvB 。故有 mA 2gL cos mA 2gL cos mBs g2H。