2020版高考物理人教版山東一輪復習：實驗8-驗證動量守恒定律PPT名師優(yōu)質(zhì)課獲獎市賽課一等獎課件

試驗8

驗證動量守恒定律第1頁一、試驗目標驗證動量守恒定律。二、試驗原理在一維碰撞中,測出物體質(zhì)量m和碰撞前后物體速度v、v',找出碰撞前動量p=m1v1+m2v2及碰撞后動量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動量是否守恒。第2頁2三、試驗方案試驗方案1.利用氣墊導軌完成一維碰撞試驗1.測質(zhì)量:用天平測出滑塊質(zhì)量。2.安裝:正確安裝好氣墊導軌。3.試驗:測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.驗證:一維碰撞中動量守恒。第3頁3試驗方案2.利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞試驗1.測質(zhì)量:用天平測出兩小球質(zhì)量m1、m2。2.安裝:把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來。3.試驗:一個小球靜止,拉起另一個小球,放下時它們相碰。4.測速度:能夠測量小球被拉起角度,從而算出碰撞前對應小球速度;測量碰撞后小球擺起角度,算出碰撞后對應小球速度。5.改變條件:改變碰撞條件,重復試驗。6.驗證:一維碰撞中動量守恒。第4頁4試驗方案3.在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞試驗1.測質(zhì)量:用天平測出兩小車質(zhì)量。2.安裝:如圖所表示安裝試驗裝置。3.試驗: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:經(jīng)過紙帶上兩計數(shù)點間距離及時間由v=算出速度。5.改變條件:改變碰撞條件,重復試驗。6.驗證:一維碰撞中動量守恒。第5頁5試驗方案4.利用斜槽上滾下小球驗證動量守恒定律1.測質(zhì)量:用天平測出兩小球質(zhì)量,并選定質(zhì)量大小球為入射小球。2.安裝:如圖所表示安裝試驗裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。第6頁63.鋪紙:白紙在下,復寫紙在上。記下重垂線所指位置O。4.放球找點: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10次。用圓規(guī)畫盡可能小圓把全部小球落點圈在里面。圓心P就是小球落點平均位置。5.碰撞找點: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,重復試驗10次。用步驟4方法,標出碰后入射小球落點平均位置M和被撞小球落點平均位置N。如圖所表示。第7頁7四、注意事項1.前提條件:碰撞兩物體應確?！八健焙汀罢觥薄?.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)試驗是否滿足動量守恒條件,如氣墊導軌是否水平,兩球是否等大,用長木板試驗時是否平衡掉摩擦力。2.偶然誤差:主要起源于質(zhì)量m和速度v測量。第8頁8教材原型試驗典例1如圖所表示,用碰撞試驗器能夠驗證動量守恒定律,即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后動量關(guān)系。命題點一命題點二(1)試驗中,直接測定小球碰撞前后速度是不輕易,不過,能夠經(jīng)過僅測量

(填選項前符號),間接地處理這個問題。

A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點距地面高度HC.小球做平拋運動射程第9頁9命題點一命題點二(2)圖中O點是小球拋出點在地面上垂直投影,試驗時先讓入射球m1屢次從斜軌上Q位置靜止釋放,找到其平均落地點位置P,測量平拋射程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。接下來要完成必要步驟是

。(填選項前符號)

A.用天平測量兩個小球質(zhì)量m1、m2B.測量小球m1開始釋放高度hC.測量拋出點距地面高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點位置M、NE.測量平拋射程OM、ON第10頁10命題點一命題點二(3)若兩球相碰前后動量守恒,其表示式可表示為

(用(2)中測量量表示);

若碰撞是彈性碰撞,那么還應滿足表示式為

(用(2)中測量量表示)。

第11頁11命題點一命題點二第12頁12命題點一命題點二思維點撥驗證動量守恒定律試驗中,質(zhì)量可測而瞬時速度較難。所以采取了落地高度不變情況下,水平射程來反應平拋初速度大小,所以僅測量小球拋出水平射程來間接測出速度。過程中小球釋放高度不需要測量,小球拋出高度也不要求測量。最終可經(jīng)過質(zhì)量與水平射程乘積來驗證動量是否守恒。第13頁13命題點一命題點二典例2(·遼寧遼南協(xié)作校下學期模擬)如圖所表示,氣墊導軌是慣用一個試驗儀器:它是利用氣泵使帶孔導軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導軌上,滑塊在導軌上運動可視為沒有摩擦,我們能夠用帶豎直擋板C、D氣墊導軌以及滑塊A、B來驗證動量守恒定律,試驗裝置如圖所表示(彈簧長度忽略不計),采取試驗步驟以下:第14頁14命題點一命題點二(a)用天平分別測出滑塊A、B質(zhì)量mA、mB(b)調(diào)整氣墊導軌,使導軌

(c)在滑塊A、滑塊B間放入一個被壓輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導軌上(d)用刻度尺測出滑塊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,同時使分別統(tǒng)計滑塊A、B運動時間計時器開始工作,當滑塊A、B分別碰撞擋板C、D時停頓計時,計下滑塊A、B分別抵達擋板C、D運動時間t1和t2。(1)步驟(b)補充完整;(2)利用上述測量試驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律表示式是

;

(3)利用上述試驗數(shù)據(jù)還能測出被壓縮彈簧彈性勢能大小,請寫出表示式。第15頁15命題點一命題點二第16頁16命題點一命題點二創(chuàng)新試驗典例3(·河南駐馬店質(zhì)檢)如圖所表示試驗裝置,某同學用a、b是兩個半徑相同小球,按照以下步驟研究彈性正碰試驗操作:①在平木板表面釘上白紙和復寫紙,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一定距離并固定,再使小球a從固定點處由靜止釋放,撞到木板上。重復屢次,用盡可能小圓把小球落點圈在里面,其圓心就處于小球落點平均位置,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仍從固定點處由靜止釋放,和小球b相碰后,重復屢次,并使用與第二步一樣方法分別標出碰撞后兩個小球落點平均位置,得到兩球撞在木板上痕跡A和C。第17頁17命題點一命題點二(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,必須測量物理量有

。

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

(用測量量表示),則表示兩小球發(fā)生是彈性碰撞。

第18頁18命題點一命題點二第19頁19命題點一命題點二思維點撥(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動時間大小關(guān)系,從而確定下降高度大小關(guān)系,確定出落點位置。(2)抓住碰撞前總動量和碰撞后總動量相等,結(jié)合平拋運動規(guī)律表示出速度,從而得出驗證表示式。第20頁20命題點一命題點二典例4(·山東濰坊三模)某同學用如圖所表示裝置驗證動量守恒:長木板水平固定,彈簧左端同定在擋板上,右端自由伸長到O點,滑塊A右側(cè)粘有橡皮泥,置于長木板上,左側(cè)恰好位于O點。操作以下:①推進A壓縮彈簧至某一位置,然后無初速釋放,測得停下時A、O間距離x1;②再次推進A壓縮彈簧至同一位置,另取一滑塊B放于O點,無初速釋放A,A與B碰后粘在一起運動,測得停下時A、O距離x2。請回答以下問題:(1)x1

x2(選填“大于”“小于”或“等于”)

(2)試驗中還需要測量物理量及符號是

,若等式

(用所測物理量符號表示)成立,則碰撞過程動量守恒。

第21頁21命題點一命題點二第22頁22命題點一命題點二在驗證動量守恒定律試驗中,關(guān)鍵問題是怎樣測量碰撞前后瞬時速度,所以在試驗設(shè)計時,能夠依據(jù)學過知識進行測量,如能夠利用平拋運動,或光電門,或自由落體等變速運動,或圓周運動,或動能定理等進行等效代換。本題就是利用了動能定理。第23頁231.(·山西太原3月模擬)某試驗小組用圖甲所表示裝置驗證動量守恒定律。試驗時,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)計紙上留下落點痕跡,重復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)計紙上留下落點痕跡,重復10次。圖中O點是水平槽末端在統(tǒng)計紙上垂直投影點,M、P、N分別為小球落點痕跡,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.需要測量斜槽末端距地面高度C.圖中M點是未放小球B時小球A落點痕跡D.圖中P點是未放小球B時小球A落點痕跡(2)用螺旋測微器測量小球直徑時示數(shù)如圖乙所表示,則小球直徑d=

m;

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

(用所給符號表示)。

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做平拋運動,故A正確;本試驗是依據(jù)平拋規(guī)律驗證動量守恒定律,需要測量是A、B兩小球拋出水平距離,因為拋出高度相同落地時間一樣,驗證時式子兩端會把時間消去,所以與高度無關(guān),不需要測量斜槽末端距地面高度,故B錯誤;碰撞后A球速度小,B球速度大,因為落地時間相同,所以M點是碰撞后A球落點,N點是B球落點,而圖中P點是未放小球B時小球A落點,故C錯誤,D正確;故選AD。(2)螺旋測微器固定刻度讀數(shù)為7.5

mm?？蓜涌潭茸x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)試驗原理可知mav0=mav1+mbv2,因為下落時間相同,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)某同學欲采取書本上介紹氣墊導軌和光電計時器等器材進行“驗證動量守恒定律”試驗。試驗裝置如圖所表示,下面是試驗主要步驟:第27頁27①安裝好氣墊導軌和光電門,調(diào)整氣墊導軌調(diào)整旋鈕,使導軌水平②測得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向氣墊導軌通入壓縮空氣⑤利用氣墊導軌左右彈射裝置,使滑塊A、B分別向右和向左運動,測出滑塊A、B在碰撞前經(jīng)過光電門過程中擋光時間分別為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,運動方向與滑塊B碰撞前運動方向相同,今后滑塊A再次經(jīng)過光電門時擋光時間為Δt第28頁28試解答以下問題:(1)碰撞前A滑塊速度大小為