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  • 2021-05-22 发布

【物理】2018届一轮复习人教版验证动量守恒定律学案

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专题28 验证动量守恒定律 ‎1.会用实验装置测速度或用其他物理量表示物体的速度大小.‎ ‎2.验证在系统不受外力的作用下,系统内物体相互作用时总动量守恒.‎ 一、实验目的 验证动量守恒定律。‎ 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′=m1v1′+m2v2′,看碰撞前后动量是否守恒。‎ 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、橡皮泥等。‎ 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、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。‎ 实验步骤 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示)‎ ‎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。‎ 方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示)‎ ‎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。‎ 方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示)‎ ‎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=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(如图所示)‎ ‎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:按照图4所示安装实验装置。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m1·OP=m1·OM+m2·ON,看在误差允许的范围内是否成立。‎ ‎7.结束:整理好实验器材放回原处。‎ 四、数据处理 ‎1.速度的测量 方案一:滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt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=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。‎ 方案三:小车速度的测量:v=,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δ t为小车经过Δx的时间,可由打点间隔算出。‎ ‎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 ‎★重点归纳★‎ ‎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。‎ ‎★典型案例★某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律.装置固定在水平面上,圆弧形轨道下端切线水平.两球半径相同,两球与水平面的动摩擦因数相同.实验时,先测出A、B两球的质量,让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放,记下其在水平面上滑行距离的平均值,然后把球B静置于轨道下端水平部分,并将A从轨道上同一位置由静止释放,并与B相碰,重复多次.‎ ‎①为确保实验中球A不反向运动,则应满足的关系是________________;‎ ‎②写出实验中还需要测量的物理量及符号:____________;‎ ‎③若碰撞前后动量守恒,写出动量守恒的表达式:______________;‎ ‎④取,且A、B间为完全弹性碰撞,则B球滑行的距离为___________.‎ ‎【答案】①mA>mB;②需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离:xA、xB.‎ ‎③④‎ ‎-μmAgxA=0-mAvA2,,‎ ‎-μmBgxB=0-mBvB2,,‎ 如果碰撞过程动量守恒,则:mAv0=mAvA+mBvB,‎ 即:,‎ 整理得:,‎ 实验需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离:xA、xB.‎ ‎【名师点睛】本题考查了判断两球间质量关系、求实验需要测量的量、实验需要验证表达式、球滑行的距离等问题,通过审题理解实验原理是解题的前提与关键,应用动量守恒定律与机械能守恒定律可以解题.‎ ‎★针对练习1★某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找物体相互作用过程中的“不变量”,实验装置如图所示,实验过程如下(“+、-”表示速度方向):‎ 实验1 使m1=m2=0.‎25 kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后两个滑块分开.数据如表1.‎ 表1‎ 碰前 碰后 滑块m1‎ 滑块m2‎ 滑块m1‎ 滑块m2‎ 速度v/(m·s-1)‎ ‎+0.110‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎+0.108‎ 根据这个实验可推知,在实验误差允许的范围内:‎ ‎(1)碰前物体的速度________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的速度;‎ ‎(2)碰前物体的动能________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的动能;‎ ‎(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv.‎ 实验2 使m1=m2=0.‎25 kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后m1、m2一起运动.数据如表2.‎ 表2‎ 碰前 碰后 滑块m1‎ 滑块m2‎ 滑块m1‎ 滑块m2‎ 速度v/(m·s-1)‎ ‎+0.140‎ ‎0‎ ‎+0.069‎ ‎+0.069‎ 根据这个实验可推知 ‎(1)碰前物体的速度________(填“等于”或“不等于”)碰后物体速度的矢量和;‎ ‎(2)碰前物体的动能________(填“等于”或“不等于”)碰后物体动能的和;‎ ‎(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和.‎ 实验3 使‎2m1=m2=0.‎5 kg,让运动的m1碰静止的m2,碰后m1、m2分开.数据如表3.‎ 表3‎ 碰前 碰后 滑块m1‎ 滑块m2‎ 滑块m1‎ 滑块m2‎ 速度v/(m·s-1)‎ ‎+0.120‎ ‎0‎ ‎-0.024‎ ‎+0.070‎ 根据实验数据可推知,在误差允许范围内:‎ ‎(1)碰前物体的速度________(填“等于”或“不等于”)碰后物体速度的矢量和;‎ ‎(2)碰前物体的动能________(填“等于”或“不等于”)碰后物体动能的和;‎ ‎(3)碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和.‎ 还进行了其他情景的实验,最终在实验中发现的“不变量”是________.‎ ‎(4)在“探究碰撞中的不变量”实验中,关于实验结论的说明,正确的是________.‎ A.只需找到一种情景的“不变量”即可,结论对其他情景也同样适用 B.只找到一种情景的“不变量”还不够,其他情景未必适用 C.实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变 D.进行有限次实验找到的“不变量”,具有偶然性,结论还需要检验 ‎【答案】(1)等于 等于 等于 ‎(2)等于 不等于 等于 ‎(3)不等于 不等于 等于 质量和速度的乘积 ‎(4)BCD mv=0.25×0.‎140 kg·m/s=0.‎035 kg·m/s 碰后物体的质量m与速度v的乘积 mv=0.25×0.069×‎2 kg·m/s=0.034 ‎5 kg·m/s,‎ 在误差允许的范围内相等.‎ 碰前的动能为:‎ Ek1=×0.25×0.1402 J=0.002 45 J.‎ 碰后的动能Ek2=×0.25×0.0692+×0.25×0.0692 J=0.001 19 J 在误差允许的范围内动能不相等.‎ ‎(4)在“探究碰撞中的不变量”实验中,只找到一种情景的“不变量”还不够,其他情景未必适用,必须在各种碰撞的情况下都不改变,有限次实验偶然性较大,得出的结论需要检验,故B、C、D正确,A错误,故选B、C、D.‎ ‎★针对练习2★A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞(碰撞时间极短).用闪光照相,闪光4次摄得的闪光照片如图所示.已知闪光的时间间隔为Δt,而闪光本身持续时间极短,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0~80 cm刻度范围内,且第一次闪光时,滑块A恰好通过x=‎55 cm处,滑块B恰好通过x=‎70 cm处,问:‎ ‎(1)碰撞发生在何处?‎ ‎(2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间?‎ ‎(3)设两滑块的质量之比为mA∶mB=2∶3,试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?‎ ‎【答案】(1)‎60 cm (2) (3)碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和相等