試驗(yàn)8

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第1頁一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。二、試驗(yàn)原理在一維碰撞中,測(cè)出物體質(zhì)量m和碰撞前后物體速度v、v',找出碰撞前動(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后動(dòng)量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。第2頁2三、試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案1.利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞試驗(yàn)1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。2.安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。3.試驗(yàn):測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后速度(①改變滑塊質(zhì)量。②改變滑塊初速度大小和方向)。4.驗(yàn)證:一維碰撞中動(dòng)量守恒。第3頁3試驗(yàn)方案2.利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大小球完成一維碰撞試驗(yàn)1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球質(zhì)量m1、m2。2.安裝:把兩個(gè)等大小球用等長(zhǎng)懸線懸掛起來。3.試驗(yàn):一個(gè)小球靜止,拉起另一個(gè)小球,放下時(shí)它們相碰。4.測(cè)速度:能夠測(cè)量小球被拉起角度,從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球速度;測(cè)量碰撞后小球擺起角度,算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球速度。5.改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)試驗(yàn)。6.驗(yàn)證:一維碰撞中動(dòng)量守恒。第4頁4試驗(yàn)方案3.在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞試驗(yàn)1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小車質(zhì)量。2.安裝:如圖所表示安裝試驗(yàn)裝置。3.試驗(yàn):接通電源,讓小車A運(yùn)動(dòng),小車B靜止,兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中,把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)。4.測(cè)速度:經(jīng)過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離及時(shí)間由v=算出速度。5.改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)試驗(yàn)。6.驗(yàn)證:一維碰撞中動(dòng)量守恒。第5頁5試驗(yàn)方案4.利用斜槽上滾下小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球質(zhì)量,并選定質(zhì)量大小球?yàn)槿肷湫∏颉?.安裝:如圖所表示安裝試驗(yàn)裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。第6頁63.鋪紙:白紙?jiān)谙?復(fù)寫紙?jiān)谏稀Ｓ浵轮卮咕€所指位置O。4.放球找點(diǎn):不放被撞小球,每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下,重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡可能小圓把全部小球落點(diǎn)圈在里面。圓心P就是小球落點(diǎn)平均位置。5.碰撞找點(diǎn):把被撞小球放在斜槽末端,每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下,使它們發(fā)生碰撞,重復(fù)試驗(yàn)10次。用步驟4方法,標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)平均位置M和被撞小球落點(diǎn)平均位置N。如圖所表示。第7頁7四、注意事項(xiàng)1.前提條件:碰撞兩物體應(yīng)確保“水平”和“正碰”。2.探究結(jié)論:尋找不變量必須在各種碰撞情況下都不變。五、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:主要起源于裝置本身是否符合要求。(1)碰撞是否為一維。(2)試驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒條件,如氣墊導(dǎo)軌是否水平,兩球是否等大,用長(zhǎng)木板試驗(yàn)時(shí)是否平衡掉摩擦力。2.偶然誤差:主要起源于質(zhì)量m和速度v測(cè)量。第8頁8教材原型試驗(yàn)典例1如圖所表示,用碰撞試驗(yàn)器能夠驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后動(dòng)量關(guān)系。命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)試驗(yàn)中,直接測(cè)定小球碰撞前后速度是不輕易,不過,能夠經(jīng)過僅測(cè)量

(填選項(xiàng)前符號(hào)),間接地處理這個(gè)問題。

A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點(diǎn)距地面高度HC.小球做平拋運(yùn)動(dòng)射程第9頁9命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上垂直投影,試驗(yàn)時(shí)先讓入射球m1屢次從斜軌上Q位置靜止釋放,找到其平均落地點(diǎn)位置P,測(cè)量平拋射程OP,然后,把被碰小球m2靜置于軌道水平部分,再將入射球m1從斜軌上Q位置靜止釋放,與小球m2相碰,并屢次重復(fù)。接下來要完成必要步驟是

。(填選項(xiàng)前符號(hào))

A.用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球質(zhì)量m1、m2B.測(cè)量小球m1開始釋放高度hC.測(cè)量拋出點(diǎn)距地面高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)位置M、NE.測(cè)量平拋射程OM、ON第10頁10命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(3)若兩球相碰前后動(dòng)量守恒,其表示式可表示為

(用(2)中測(cè)量量表示);

若碰撞是彈性碰撞,那么還應(yīng)滿足表示式為

(用(2)中測(cè)量量表示)。

第11頁11命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二第12頁12命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律試驗(yàn)中,質(zhì)量可測(cè)而瞬時(shí)速度較難。所以采取了落地高度不變情況下,水平射程來反應(yīng)平拋初速度大小,所以僅測(cè)量小球拋出水平射程來間接測(cè)出速度。過程中小球釋放高度不需要測(cè)量,小球拋出高度也不要求測(cè)量。最終可經(jīng)過質(zhì)量與水平射程乘積來驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒。第13頁13命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二典例2(·遼寧遼南協(xié)作校下學(xué)期模擬)如圖所表示,氣墊導(dǎo)軌是慣用一個(gè)試驗(yàn)儀器:它是利用氣泵使帶孔導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦,我們能夠用帶豎直擋板C、D氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A、B來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,試驗(yàn)裝置如圖所表示(彈簧長(zhǎng)度忽略不計(jì)),采取試驗(yàn)步驟以下:第14頁14命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(a)用天平分別測(cè)出滑塊A、B質(zhì)量mA、mB(b)調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌

(c)在滑塊A、滑塊B間放入一個(gè)被壓輕彈簧,用電動(dòng)卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上(d)用刻度尺測(cè)出滑塊A左端至板C距離L1,B右端至D板距離L2(e)按下電鈕放開卡銷,同時(shí)使分別統(tǒng)計(jì)滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間計(jì)時(shí)器開始工作,當(dāng)滑塊A、B分別碰撞擋板C、D時(shí)停頓計(jì)時(shí),計(jì)下滑塊A、B分別抵達(dá)擋板C、D運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。(1)步驟(b)補(bǔ)充完整;(2)利用上述測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律表示式是

;

(3)利用上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)還能測(cè)出被壓縮彈簧彈性勢(shì)能大小,請(qǐng)寫出表示式。第15頁15命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二第16頁16命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二創(chuàng)新試驗(yàn)典例3(·河南駐馬店質(zhì)檢)如圖所表示試驗(yàn)裝置,某同學(xué)用a、b是兩個(gè)半徑相同小球,按照以下步驟研究彈性正碰試驗(yàn)操作:①在平木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙,并將該木板豎直立于緊靠槽口處,使小球a從斜槽軌道上固定點(diǎn)處由靜止釋放,撞到木板并在白紙上留下痕跡O;②將木板水平向右移動(dòng)一定距離并固定,再使小球a從固定點(diǎn)處由靜止釋放,撞到木板上。重復(fù)屢次,用盡可能小圓把小球落點(diǎn)圈在里面,其圓心就處于小球落點(diǎn)平均位置,得到痕跡B;③把小球b靜止放在斜槽軌道水平段最右端,讓小球a仍從固定點(diǎn)處由靜止釋放,和小球b相碰后,重復(fù)屢次,并使用與第二步一樣方法分別標(biāo)出碰撞后兩個(gè)小球落點(diǎn)平均位置,得到兩球撞在木板上痕跡A和C。第17頁17命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)為了確保在碰撞過程中a球不反彈,a、b兩球質(zhì)量m1、m2間關(guān)系是m1

m2。(選填“大于”“小于”或“等于”)

(2)完成本試驗(yàn),必須測(cè)量物理量有

。

A.小球a開始釋放高度hB.木板水平向右移動(dòng)距離lC.A球和B球質(zhì)量m1、m2D.O點(diǎn)到A、B、C三點(diǎn)距離分別為y1、y2、y3(3)若(2)所給選項(xiàng)物理量均已知,若滿足條件

(用測(cè)量量表示),則表示兩小球發(fā)生是彈性碰撞。

第18頁18命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二第19頁19命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二思維點(diǎn)撥(1)抓住碰撞后a球速度小于b球,結(jié)合水平位移相等得出平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間大小關(guān)系,從而確定下降高度大小關(guān)系,確定出落點(diǎn)位置。(2)抓住碰撞前總動(dòng)量和碰撞后總動(dòng)量相等,結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示出速度,從而得出驗(yàn)證表示式。第20頁20命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二典例4(·山東濰坊三模)某同學(xué)用如圖所表示裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒:長(zhǎng)木板水平固定,彈簧左端同定在擋板上,右端自由伸長(zhǎng)到O點(diǎn),滑塊A右側(cè)粘有橡皮泥,置于長(zhǎng)木板上,左側(cè)恰好位于O點(diǎn)。操作以下:①推進(jìn)A壓縮彈簧至某一位置,然后無初速釋放,測(cè)得停下時(shí)A、O間距離x1;②再次推進(jìn)A壓縮彈簧至同一位置,另取一滑塊B放于O點(diǎn),無初速釋放A,A與B碰后粘在一起運(yùn)動(dòng),測(cè)得停下時(shí)A、O距離x2。請(qǐng)回答以下問題:(1)x1

x2(選填“大于”“小于”或“等于”)

(2)試驗(yàn)中還需要測(cè)量物理量及符號(hào)是

,若等式

(用所測(cè)物理量符號(hào)表示)成立,則碰撞過程動(dòng)量守恒。

第21頁21命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二第22頁22命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律試驗(yàn)中,關(guān)鍵問題是怎樣測(cè)量碰撞前后瞬時(shí)速度,所以在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),能夠依據(jù)學(xué)過知識(shí)進(jìn)行測(cè)量,如能夠利用平拋運(yùn)動(dòng),或光電門,或自由落體等變速運(yùn)動(dòng),或圓周運(yùn)動(dòng),或動(dòng)能定理等進(jìn)行等效代換。本題就是利用了動(dòng)能定理。第23頁231.(·山西太原3月模擬)某試驗(yàn)小組用圖甲所表示裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。試驗(yàn)時(shí),先將金屬小球A從斜槽上某一固定位置由靜止釋放,A從斜槽末端飛出后落到水平地面統(tǒng)計(jì)紙上留下落點(diǎn)痕跡,重復(fù)10次。把相同半徑塑料小球B放在與斜槽末端等高支柱上,讓A仍從斜槽上同一位置由靜止釋放,與B碰撞后,A、B分別在統(tǒng)計(jì)紙上留下落點(diǎn)痕跡,重復(fù)10次。圖中O點(diǎn)是水平槽末端在統(tǒng)計(jì)紙上垂直投影點(diǎn),M、P、N分別為小球落點(diǎn)痕跡,小立柱與斜槽末端距離等于小球直徑。第24頁24(1)以下說法正確是

;

A.斜槽末端必須水平B.需要測(cè)量斜槽末端距地面高度C.圖中M點(diǎn)是未放小球B時(shí)小球A落點(diǎn)痕跡D.圖中P點(diǎn)是未放小球B時(shí)小球A落點(diǎn)痕跡(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球直徑時(shí)示數(shù)如圖乙所表示,則小球直徑d=

m;

(3)試驗(yàn)中測(cè)出小球直徑及M、P、N與O點(diǎn)距離分別用d、OM、OP、ON表示,若碰撞過程中動(dòng)量守恒,則兩小球質(zhì)量之比

(用所給符號(hào)表示)。

第25頁25解析:(1)斜槽末端必須水平才能確保小球從斜槽末端飛出時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng),故A正確;本試驗(yàn)是依據(jù)平拋規(guī)律驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,需要測(cè)量是A、B兩小球拋出水平距離,因?yàn)閽伋龈叨认嗤涞貢r(shí)間一樣,驗(yàn)證時(shí)式子兩端會(huì)把時(shí)間消去,所以與高度無關(guān),不需要測(cè)量斜槽末端距地面高度,故B錯(cuò)誤;碰撞后A球速度小,B球速度大,因?yàn)槁涞貢r(shí)間相同,所以M點(diǎn)是碰撞后A球落點(diǎn),N點(diǎn)是B球落點(diǎn),而圖中P點(diǎn)是未放小球B時(shí)小球A落點(diǎn),故C錯(cuò)誤,D正確;故選AD。(2)螺旋測(cè)微器固定刻度讀數(shù)為7.5

mm。可動(dòng)刻度讀數(shù)為0.01×0.0

mm=0.000

mm,所以小球直徑最終讀數(shù)為:7.5

mm+0.000

mm=7.500

mm;(3)依據(jù)試驗(yàn)原理可知mav0=mav1+mbv2,因?yàn)橄侣鋾r(shí)間相同,所以有ma(OP-d)=ma(OM-d)+mb(ON-d),解得兩小球質(zhì)量之比第26頁262.(·安徽安慶二模)某同學(xué)欲采取書本上介紹氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)器等器材進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖所表示,下面是試驗(yàn)主要步驟:第27頁27①安裝好氣墊導(dǎo)軌和光電門,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌調(diào)整旋鈕,使導(dǎo)軌水平②測(cè)得A和B兩滑塊上遮光片寬度均為d③到得A、B兩滑塊質(zhì)量(包含遮光片)m1、m2④向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣⑤利用氣墊導(dǎo)軌左右彈射裝置,使滑塊A、B分別向右和向左運(yùn)動(dòng),測(cè)出滑塊A、B在碰撞前經(jīng)過光電門過程中擋光時(shí)間分別為Δt1和Δt2⑥觀察發(fā)覺滑塊A、B碰撞后經(jīng)過粘膠粘合在一起,運(yùn)動(dòng)方向與滑塊B碰撞前運(yùn)動(dòng)方向相同,今后滑塊A再次經(jīng)過光電門時(shí)擋光時(shí)間為Δt第28頁28試解答以下問題:(1)碰撞前A滑塊速度大小為