物理總第六章 碰撞與動(dòng)量守恒 6-4 實(shí)驗(yàn)七 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

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1、實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律0101020203030404備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理1實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v，找出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒2實(shí)驗(yàn)器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠

2、布等方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(chē)(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥方案四：斜槽、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫(xiě)紙、白紙等 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理3實(shí)驗(yàn)步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖所示)(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)實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量改變滑塊的初速度大小和方向)(4)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理方案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖所示)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(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(lái)

3、(3)實(shí)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：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(6)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理方案三：在光滑桌面上兩車(chē)碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(如圖所示)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車(chē)的質(zhì)量(2)安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)的后面，在兩小車(chē)的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥(3)實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車(chē)A運(yùn)動(dòng)，小車(chē)B靜止，兩車(chē)碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車(chē)連接成一體運(yùn)動(dòng)(4)測(cè)速度：通

4、過(guò)紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由vx/t算出速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(6)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理方案四：利用斜槽上滾下的小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律(如圖所示)1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?安裝：按照?qǐng)D4所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3鋪紙：白紙?jiān)谙拢瑥?fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置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(huà)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理5碰撞找點(diǎn)：把被撞小球

5、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)實(shí)驗(yàn)10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N。如圖所示。6驗(yàn)證：連接ON，測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1OPm1OMm2ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)梳理誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。碰撞是否為一維碰撞。實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平等。(2)偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量。注意事項(xiàng)(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。(2)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，

6、注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(3)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi)。(4)若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)木板下墊一個(gè)小木片以平衡摩擦力。 (5)若利用斜槽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，入射球質(zhì)量m1要大于被碰球質(zhì)量m2，即m1m2，防止碰后m1被反彈，且兩球半徑r1r2r。 【例1】某同學(xué)用如圖6甲所示裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓小球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開(kāi)始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下痕跡，重復(fù)10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位

7、置處，重復(fù)10次?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端應(yīng)_。(2)小球a、b質(zhì)量ma、mb的大小關(guān)系應(yīng)滿足ma_mb，兩球的半徑應(yīng)滿足ra_rb。(填“”“A CB實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破轉(zhuǎn)回原題解析(1)小球離開(kāi)軌道后應(yīng)做平拋運(yùn)動(dòng)，所以在安裝實(shí)驗(yàn)器材時(shí)斜槽的末端必須保持水平，才能使小球做平拋運(yùn)動(dòng)。(2)為防止在碰撞過(guò)程中入射小球被反彈，入射小球a的質(zhì)量ma應(yīng)該大于被碰小球b的質(zhì)量mb。為保證兩個(gè)小球的碰撞是對(duì)心碰撞，兩個(gè)小球的半徑應(yīng)相等。(3)由題圖甲所示裝置可知，小球a和小球b相碰后，根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒可知小球b的速度大于小球a的速度。由此可判斷碰后小球a、b的落點(diǎn)位置分別為

8、A、C點(diǎn)。(4)小球下落高度一樣，所以在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，若碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒，則應(yīng)有mav0mavambvb，兩邊同乘以時(shí)間t可得mav0tmavatmbvbt，即有maOBmaOAmbOC，故選項(xiàng)B正確。答案(1)保持水平(2)(3)AC(4)B實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破【變式訓(xùn)練1】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，在小車(chē)A的前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車(chē)A做勻速直線運(yùn)動(dòng)，然后與原來(lái)靜止的小車(chē)B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，如圖7所示。在小車(chē)A的后面連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50 Hz。(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖8所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。則應(yīng)選圖中_段

9、來(lái)計(jì)算A碰前的速度，應(yīng)選_段來(lái)計(jì)算A和B碰后的速度。(2)已測(cè)得小車(chē)A的質(zhì)量mA0.40 kg，小車(chē)B的質(zhì)量mB0.20 kg，則由以上結(jié)果可得碰前mAvAmBvB_kgm/s，碰后mAvAmBvB_kgm/s。(3)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來(lái)看，A、B碰撞的過(guò)程中，可能哪個(gè)物理量是不變的？_。BC轉(zhuǎn)到解析DE0.4200.417mv實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破轉(zhuǎn)回原題實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新【例2】如圖是用來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，

10、同時(shí)把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球2落到水平地面上的C點(diǎn)。測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒?，F(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a、B點(diǎn)離水平桌面的距離為b，C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c。此處，(1)還需要測(cè)量的量是_、_和_。(2)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_(kāi)。(忽略小球的大小)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2立柱高h(yuǎn)桌面高H 轉(zhuǎn)到解析實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破解析(1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測(cè)量彈性球1的

11、質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動(dòng)量變化；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化。轉(zhuǎn)回原題實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)利用電火花計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖10(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會(huì)從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)

12、氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；把電火花計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；轉(zhuǎn)到下頁(yè)使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；先_ ，然后_，讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如圖(b)所示；測(cè)得滑塊1的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g。完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容。(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動(dòng)量為_(kāi)kgm/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的

13、總動(dòng)量為_(kāi)kgm/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)( 3 ) 試 說(shuō) 明 ( 2 ) 中 兩 結(jié) 果 不 完 全 相 等 的 主 要 原 因 是_。實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 釋放滑塊1轉(zhuǎn)到解析轉(zhuǎn)到上頁(yè)0.6200.618紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間有摩擦力的作用實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破轉(zhuǎn)回原題1氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(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)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒(méi)有摩擦，我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖10所示，采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下： a松開(kāi)手的同時(shí)，記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開(kāi)始

14、工作，當(dāng)A、B滑塊分別碰到C、D擋板時(shí)計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí)，分別記下A、B到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。 b在A、B間水平放入一個(gè)輕彈簧，用手壓住A、B使彈簧壓縮，放置在氣墊導(dǎo)軌上，并讓它靜止在某個(gè)位置。 c給導(dǎo)軌送氣，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平。 d用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離l1，B的右端至D板的距離l2。 (1)實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是_。 (2)實(shí)驗(yàn)中還需要的測(cè)量?jī)x器是_，還需要測(cè)量的物理量是_。 (3)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是_。備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練解析顯隱cbda天平兩滑塊的質(zhì)量m1、m22用如圖11甲所示裝置通過(guò)半徑相同的A、B兩球碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)

15、時(shí)先使質(zhì)量為mA的A球從斜槽上某一固定點(diǎn)G由靜止開(kāi)始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡，把質(zhì)量為mB的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(kāi)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(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次，得到了如圖乙所示的三個(gè)落地處。(1)請(qǐng)?jiān)趫D乙中讀出OP_ cm。(2)由乙圖可以判斷出R是_球的落地點(diǎn)，Q是_球的落地點(diǎn)。( 3 ) 為 了 驗(yàn) 證 碰 撞 前 后 動(dòng) 量 守 恒 ， 該 同 學(xué) 只 需 驗(yàn) 證 表 達(dá) 式_。備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練解析顯隱17.5B AmAOQmAOPmBOR 備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練3如圖12甲所示，是氣墊導(dǎo)軌上的兩個(gè)滑塊的照片，中間是滑塊A，質(zhì)量mA0.20 kg，右邊是滑塊B，質(zhì)量mB0.30 kg。乙圖是滑塊B向左運(yùn)動(dòng)中與滑塊A碰后合為一體的照片，頻閃照片的頻率f10 Hz。(1)根據(jù)照片提供的信息，碰前的動(dòng)量為_(kāi)kgm/s，碰后的動(dòng)量為_(kāi)kgm/s。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：_。0.0480.050在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后動(dòng)量相等。 轉(zhuǎn)到解析備選訓(xùn)練備選訓(xùn)練轉(zhuǎn)回原題