【物理】2020届一轮复习人教版第六章第3节实验：验证动量守恒定律学案 14页

第3节　实验：验证动量守恒定律夯实基础　【p106】一、实验原理在一维碰撞中，测出两物体的质量m1和m2、碰撞前后两物体的速度分别为v1、v2和v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝__m1v1＋m2v2__及碰撞后的动量p′＝__m1v1′＋m2v2′__，看碰撞前后动量是否守恒．二、实验器材：气垫导轨、光电计时器、__天平__、__滑块(两个)__、重物、弹簧片、细绳、弹射架、胶布、撞针、橡皮泥等．：带细线的__摆球(两套)__、铁架台、__天平__、量角器、坐标纸、胶布等．：光滑长木板、__打点计时器__、纸带、__小车(两个)__、天平、撞针、橡皮泥．：斜槽、__小球(两个)__、天平、__复写纸__、白纸等．三、实验步骤：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．：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验1．测质量：用天平分别测出__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．：在长木板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：首先在长木板下一端垫一小木片，平衡摩擦力，再将打点计时器固定在长木板的一端，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＝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：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律1．用__天平__分别测出半径相同的两小球的质量，并选定__质量大的__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__斜槽底端切线水平__．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．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__m1OP＝m1OM＋m2ON　，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，__在碰撞过程中系统的动量守恒__．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__导轨水平__．(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，须在长木板下一端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__大于__被碰球质量即：m1>m2，防止碰后m1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．五、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，用长木板做这个实验时是否平衡了摩擦力．2．偶然误差：主要来源于__质量m和速度v的测量__．?　　【p107】考点突破　　例1在运用图示装置“验证动量守恒定律”的实验中：(1)在确定小球落地点的平均位置时通常采用的做法是________________________________________________，其目的是减小实验中的________(选填“系统误差”或“偶然误差”)．(2)入射小球每次必须从斜槽上______________________滚下，这是为了保证入射小球每一次到达斜槽末端时速度相同．(3)入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，在m1＞m2时，实验中记下了O、M、P、N四个位置(如图所示)，若满足________________________(用m1、m2、OM、OP、ON表示)，则说明碰撞中动量守恒；若还满足__________________(只能用OM、OP、ON表示)，则说明碰撞前后总动能也相等．【解析】(1)由于落点比较密集，又较多，每次测量距离很难，确定落点平均位置的方法是最小圆法，即用尽可能最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表落点的平均位置以减小偶然误差；(2)为了确保每次碰撞时速度相等，因此要求每次小球由静止从斜面上的同一位置释放； (3)设落地时间为t，则：v1＝，v2＝，v3＝.而动量守恒的表达式是：m1v1＝m1v2＋m2v3所以若两球相碰前后的动量守恒，则：m1OP＝m1OM＋m2ON成立若碰撞是弹性碰撞，机械能是守恒的，则有：m1v＝m1v＋m2v即m1OP2＝m1OM2＋m2ON2成立，即OP＋OM＝ON.【答案】(1)用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面，圆心即平均位置　偶然误差(2)同一位置由静止开始(3)m1OP＝m1OM＋m2ON　OP＋OM＝ON针对训练　1．如图所示，为“探究碰撞中动量守恒”的实验装置，质量为m2的小球静止于斜槽末端的水平轨道上，让质量为m1的小球从斜槽一定高度处滚下，与m2小球发生对心碰撞，小球m1和m2的落地点分别为M和N，斜槽末端不放m2小球时，m1小球的落地点为P，测得OP＝s1，OM＝s2，ON＝s3，两小球半径都为r，用天平测得m1、m2小球的质量，两小球的质量大小关系为m1__>__m2(填“<”或“>”)，所要验证的动量守恒的关系式为__m1s1＝m1s2＋m2s3__．【解析】m1小球与m2小球发生对心碰撞，只有当m1>m2时，才能保证m1小球碰后的速度方向仍然向前，做平抛运动后落到M点．若m1＝m2，m1小球有可能与m2小球速度交换，碰后速度为0或很小．若m1m2；②如图安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端；③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止滚下，记下小球m1在斜面上的落点位置；④将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置；⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离．图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF.根据该同学的实验，回答下列问题：(1)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的__D__点，m2的落点是图中的__F__点；(2)用测得的物理量来表示，只要满足关系式__m1＝m1＋m2__，则说明碰撞中动量是守恒的；(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式__＋＝或m1LE＝m1LD＋m2LF__ ，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞．【解析】设物体从B点抛出的速度为v，落到斜面上的点到抛出点的距离为L，斜面的倾角为α，则有Lsinα＝gt2，Lcosα＝vt，∴v＝.∴v∝.不放m2时，m1落到E点，对应LE；放m2时，m1落到D点，对应LD，则m2落到F点，对应LF；如果系统动量守恒，则有m1＝m1＋m2；如果是弹性碰撞，碰撞前后系统动能不变，则同时有m1LE＝m1LD＋m2LF，联立两式可解得：＋＝.8．现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律．在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．图(a)实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示．图(b)若实验允许的相对误差绝对值(×100%)最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．【解析】按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为v＝①式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程． 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则ΔtA＝＝0.02s②ΔtA可视为很短．设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和图给实验数据代入①式得v0＝2.00m/s③v1＝0.970m/s④设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝⑤代入题给实验数据得v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δp＝×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得δp＝1.7%<5%⑩因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．