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第2節(jié) 實驗：驗證動量守恒定律,1,在一維碰撞中，測出兩物體的質量m1和m2碰撞前后兩物體的速度v1、v2和v′1、v′2，算出碰撞前的動量p＝ 及碰撞后的動量p′＝ ，看碰撞前后動量是否守恒． 二、實驗器材 方案一：氣墊導軌、光電計時器、 、 、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等．,m1v1＋m2v2,m1v1′＋m2v2′,天平,滑塊(兩個),一、實驗原理,2,方案二：帶細線的 、鐵架臺、 、量角器、坐標紙、膠布等． 方案三：光滑長木板、 、紙帶、 、天平、撞針、橡皮泥． 方案四：斜槽、 、天平、 、白紙等． 三、實驗步驟 方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗 1．測質量：用 測出滑塊質量． 2．安裝：正確安裝好氣墊導軌．,擺球(兩套),天平,打點計時器,小車,(兩個),,小球(兩個),復寫紙,天平,3,3．實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質量．②改變滑塊的初速度大小和方向)． 4．驗證：一維碰撞中的動量守恒． 方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗 1．測質量：用天平測出 . 2．安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來． 3．實驗：一個小球 ，拉起另一個小球，放下時它們相碰．,兩小球的質量m1、m2,靜止,4,4．測速度：可以測量小球 ，從而算出碰撞前對應小球的 ，測量碰撞后小球 ，算出碰撞后對應小球的速度． 5．改變條件：改變碰撞條件，重復實驗． 6．驗證：一維碰撞中的動量守恒． 方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗 1．測質量：用天平測出 ． 2．安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥．,被拉起的角度,速度,擺起的角度,兩小車的質量,5,兩計數點間的距離及時間,3．實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動． 4．測速度：通過紙帶上 由 v＝ 算出速度． 5．改變條件：改變碰撞條件、重復實驗． 6．驗證：一維碰撞中的動量守恒 方案四：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律 1．用 測出兩小球的質量，并選定 小球為入射小球． 2．按圖所示安裝實驗裝置．調整固定斜槽使 ．,天平,質量大的,斜槽底端,切線水平,,6,科目三考試 科目3實際道路考試技巧、視頻教程,科目四考試 科目四模擬考試題 C1科目四仿真考試,7,3．白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好．記下重垂線所指的位置O. 4．不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復10次．用圓規(guī)畫 把所有的小球落點圈在里面． 就是小球落點的平均位置． 5．把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復實驗10次．用步驟4的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N.如圖所示．,盡量小的圓,圓心P,8,6．連接ON，測量線段 ．將測 量數據填入表中．最后代入 ， 看在誤差允許的范圍內是否成立． 7．整理好實驗器材放回原處． 8．實驗結論： 在實驗誤差范圍內， ．,OP、OM、ON的長度,碰撞系統(tǒng)的動量守恒,9,7．整理好實驗器材放回原處． 8．實驗結論： 在實驗誤差范圍內， ． 四、注意事項 1．前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”． 2．方案提醒 (1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保 ．,碰撞系統(tǒng)的動量守恒,導軌水平,10,(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在 ，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應在 ． (3)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力． (4)若利用斜槽進行實驗，入射球質量要 被碰球質量即：m1m2，防止碰后m1被反彈． 3．探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變．,同一水平線上,同一豎直平面內,大于,11,1．系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即： (1)碰撞是否為一維碰撞． (2)實驗是否滿足動量守恒的條件：如氣墊導軌是否水平，兩球是否等大，長木板實驗是否平衡掉摩擦力． 2．偶然誤差：主要來源于 ．,質量m和速度v的測量,五、誤差分析,12,例1 某同學設計了一個用打點計時器做“驗證動量守恒定律”的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動，然后與原來靜止的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動．他設計的具體裝置如圖甲所示，在小車后連接著紙帶，電磁打點計時器使用的電源頻率為50 Hz，長木板墊著小木片以平衡摩擦力． (1)若已得到打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數點間距(標在圖上)．A為運動起點，則應該選擇__________段來計算A碰前的速度，應選擇__________段來計算A和B碰后的共同速度．(以上空格選填“AB”“BC” “CD” “DE”)．,題型一：對實驗原理和數據處理的考查,13,(2)已測得小車A的質量m1＝0.40 kg，小車B的質量m2＝0.20 kg，由以上測量結果可得碰前m1v0＝____kg·m/s；碰后(m1＋m2)v共＝________kg·m/s.由此得出結論____．,14,15,16,例2 某同學利用如圖所示的裝置驗 證動量守恒定律．圖中兩擺擺長相 同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球 均很小，質量之比為1∶2.當兩擺均 處于自由靜止狀態(tài)時，其側面剛好接觸．向右上方拉動B球使其擺線伸直并與豎直方向成45°角，然后將其由靜止釋放．結果觀察到兩擺球粘在一起擺動，且最大擺角成30°.若本實驗允許的最大誤差為±4%，此實驗是否成功地驗證了動量守恒定律？,題型二：實驗的創(chuàng)新,17,18,19,1．某同學利用打點計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗，氣墊導軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成，在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔，向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差.,20,(1)下面是實驗的主要步驟： ①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平； ②向氣墊導軌通入壓縮空氣； ③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；,21,④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩； ⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間； ⑥先 ，然后 ，讓滑塊帶動紙帶一起運動； ⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出理想的紙帶如圖(b)所示；,接通打點計時器的電源,放開滑塊1,22,⑧測得滑塊1的質量310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質量為205 g．完善實驗步驟⑥的內容． (2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動量為 kg·m/s；兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動量為 kg·m/s(保留三位有效數字)． (3)試說明(2)中兩結果不完全相等的主要原因是 ．,0.620,0.618,紙帶與打點計時器限位孔間存在摩擦,23,24,2．某同學用圖所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球(mAmB)的碰撞來驗證動量守恒定律．圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復上述操作10次，得到10個落點痕跡．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡．重復這種操作10次．圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點．B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊．,25,(1)碰撞后B球的水平射程應取為 cm；,65.7(65.5～65.9均可),,26,*(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量( ) A．水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離 B．A球與B球碰撞后，測量A球落點位置到O點的距離 C．測量A球或B球的直徑 D．測量A球和B球的質量(或兩球質量之比) E．測量O點相對于水平槽面的高度,ABD,27,(3)實驗中，對入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是( ) A．釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B．釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準確 C．釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小 D．釋放點越高，入射小球對被碰小球的作用力越大，軌道對被碰小球的阻力越小,C,28,【解析】(1)如題圖所示，用一盡可能小的圓把小球落點圈在里面，由此可見圓心C的位置是65.7 cm，這也是小球落點的平均位置． (2)本實驗中要測量的數據有：兩個小球的質量m1、m2，三個落點的距離s1、s2、s3，所以應選A、B、D. (3)入射球的釋放點越高，入射球碰前速度越大，相碰時內力越大，阻力的影響相對減小，可以較好地滿足動量守恒的條件，也有利于減少測量水平位移時的相對誤差，從而使實驗的誤差減小，選項C正確．,29,【鞏固基礎】,1．如圖所示為“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗裝置．,30,(1)下列說法中不符合本實驗要求的是( ) A．入射球比靶球質量大或者小均可，但二者的直徑必須相同 B．在同一組實驗的不同碰撞中，每次入射球必須從同一高度由靜止釋放 C．安裝軌道時末端的切線必須水平 D．需要的測量儀器有天平和刻度尺,A,31,32,【解析】本題考查碰撞過程中動量守恒定律．(1)本實驗要求入射球比靶球質量大，故A選項不合要求；每次入射球必須從同一高度由靜止釋放，才能保證每次入射的初動量相同，故B選項正確；本實驗利用平拋運動求速度，把求速度轉為求水平方向位移，從而使該實驗得到簡化，要保證小球每次都做平拋運動，所以軌道末端的切線必須水平，故C選項正確；根據需要驗證表達式可知D選項正確．②根據動量守恒分析可得．,33,2．在驗證碰撞中動量守恒的實驗中，實驗要證明的是動量守恒定律的成立，即m1v1＝m1v1′＋m2v2′. (1)按這一公式的要求，需測量兩小球的質量和它們碰撞前后的水平速度，但實驗中我們只需測量兩小球的質量和飛行的水平距離. 這是由于小球碰撞后做 運動，各球下落高度相同，因而它們的 也是相同的，可用小球飛行的水平距離來代表小球的水平速度.,平拋,飛行時間,34,(2)實驗時，質量分別為m1、 m2的球半徑大小均為r，且 為已知，要完成這個實驗， 必須補充的測量工具還有 ． (3)由于偶然因素的存在，重復操作時小球落點不完全重合是正常的，落點(如P點)的確定辦法是 .,毫米刻度尺,用一盡可,能小的圓把所有的落點都圈在里面，其圓心位置就是,小球落點的平均位置,,,35,(4)用圖中的符號來表示A、B兩小球碰撞中動量守恒的表達式是 . (5)兩球質量應滿足m1 m2.,,36,3．氣墊導軌(如右圖)工作 時，空氣從導軌表面的小 孔噴出，在導軌表面和滑 塊內表面之間形成一層薄 薄的空氣層，使滑塊不與導軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運動時的阻力．為了驗證動量守恒定律，在水平氣墊導軌上放置兩個質量均為a的滑塊，每個滑塊的一端分別與穿過打點計時器的紙帶相連，兩個打點計時器所用電源的頻率均為b.氣墊導軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動．下圖為某次實驗打出的點跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶,37,上以相同間距的6個連續(xù)點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別量出其長度s1、s2和s3.若題中各物理量的單位均為國際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動量大小分別為 、 ，兩滑塊的總動量大小為 ；碰撞后兩滑塊的總動量大小為 .重復上述實驗，多做幾次．若碰撞前、后兩滑塊的總動量在實驗誤差允許的范圍內相等，則動量守恒定律得到驗證．,0.2abs1,0.2abs3,0.2ab(s1－s3),0.4abs2,38,39,4．如圖所示，在實驗室 用兩端帶有豎直擋板C和 D的氣墊導軌和有固定擋 板的質量都是M的滑塊A 和B做“探究碰撞中的守恒量”的實驗，實驗步驟如下： Ⅰ.把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質量為m的砝碼，置于導軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放入一輕彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)；,【提升能力】,40,Ⅱ.按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當A和B與固定擋板C和D碰撞的同時，電子計時器自動停表，記下A至C的運動時間t1，B至D的運動時間t2； Ⅲ.重復幾次，取t1和t2的平均值． (1)在調整氣墊導軌時應注意 ； (2)應測量的數據還有 ； (3)只要關系式 成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和．,使氣墊導軌水平,滑塊A的左端到擋板C的距離s1,和滑塊B的右端到擋板D的距離s2,,41,5．某同學把兩個質量不同 的木塊用細線連接，中間 夾一個被壓縮了的輕彈簧， 如圖所示，將此系統(tǒng)置于光滑水平桌面上，燒斷細線，觀察兩物體的運動情況，進行必要的測量，驗證兩物體相互作用的過程中動量守恒. (1)該同學還需具備的器材是 ； (2)需要直接測量的數據是 ； (3)用得到的數據驗證動量守恒的關系式是 .,刻度尺、天平,兩木塊質量m1、m2及,其做平拋運動的水平位移x1、x2,,m1x1＝m2x2,42,43,6．在“驗證動量守恒定律”的實驗中，請回答下列問題. (1)實驗記錄如圖甲所示，則A球碰前做平拋運動的水平位移是圖中的 ，B球被碰后做平拋運動的水平位移是圖中的 . (兩空均選填“OM”、“OP”或“ON”) (2)小球A下滑過程中與斜槽軌道間存在摩擦力，這對實驗結果 產生誤差(選填“會”或“不會”).,OP,ON,不會,44,(3)實驗裝置如圖甲所示，A球為入射小球，B球為被碰小球，以下所列舉的在實驗過程中必須滿足的條件是 A．入射小球的質量ma，可以小 于被碰小球的質量mb B．實驗時需要測量斜槽末端到 水平地面的高度 C．入射小球每次不必從斜槽上的同一位置由靜止釋放 D．斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，應能靜止 (4)在“驗證動量守恒定律”的實驗中. 某同學用如圖乙所示的裝置進行了如下的操作：,D,,45,①先調整斜槽軌道，使末端的切線水平，在一塊平木板表面先后釘上白紙和復寫紙，并將該木板豎直立于靠近槽口處，使小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O. ②將木板向右平移適當的距離，再使小球a從原固定點由靜止釋放，撞在木板上并在白紙上留下痕跡B. ③把半徑相同的小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從原固定點由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在木板上并在白紙上留下痕跡A和C.,46,47,7．用如圖所示的裝置進行 “驗證動量守恒定律”的實 驗： (1)先測出可視為質點的兩滑塊A、B的質量分別為m、M及滑塊與桌面間的動摩擦因數μ. (2)用細線將滑塊A、B連接，使A、B間的輕彈簧處于壓縮狀態(tài)，滑塊B恰好緊靠桌邊. (3)剪斷細線，測出滑塊B做平拋運動的水平位移x1，滑塊A沿水平桌面滑行距離為x2(未滑出桌面)． 為驗證動量守恒定律，寫出還需測量的物理量及表示它們的字母 ；如果動量守恒，需 要滿足的關系式為 .,桌面離地高度h,48,49,【再上臺階】,8．*(1)“驗證動量守恒定律”的實驗裝置原來的教科書采用圖甲的方法，經過編者修改后，現行的教科書采用圖乙的方法．兩個實驗裝置的區(qū)別在于：①懸掛重垂線的位置不同；②圖甲中設計有一個支柱(通過調整，可使兩球的球心在同一水平線上．上面的小球被碰離開后，支柱立即倒下)，圖乙中沒有支柱，圖甲中的入射小球和被碰小球做平拋運動的拋出點分別在通過O、O′點的豎直線上，重垂線只確定了O點的位置，比較這兩個實驗裝置，下列說法正確的是( ),50,A．采用圖甲的實驗裝置時，需要測出兩小球的直徑 B．采用圖乙的實驗裝置時，需要測出兩小球的直徑 C．為了減小誤差，采用圖甲的實驗裝置時，應使斜槽末端水平部分盡量光滑 D．為了減小誤差，采用圖乙的實驗裝置時，應使斜槽末端水平部分盡量光滑,51,(2)在做“碰撞中的動量守恒”實驗中：,①如果采用(1)中乙圖裝置做“碰撞中的動量守恒”實驗，某次實驗得出小球的落點情況如圖所示，圖中數據單位為cm，假設碰撞動量守恒，則之比m1∶m2＝ ． ②在實驗中根據小球的落點情況，若等式ON＝ 成立，則還可證明碰撞中前后系統(tǒng)的動能相等．,4∶1,OM＋OP,52,53,54,