物理課件（新教材魯科版）第七章動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律

驗證動量守恒定律目標要求1.理解動量守恒定律成立的條件，會利用不同案例驗證動量守恒定律.2.知道在不同實驗案例中要測量的物理量，會進行數(shù)據(jù)處理及誤差分析.實驗八

內(nèi)容索引實驗技能儲備考點一教材原型實驗考點二探索創(chuàng)新實驗課時精練一實驗技能儲備一、實驗原理在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后動量是否相等.二、實驗方案及實驗過程案例一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒1.實驗器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等.2.實驗過程(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊的質(zhì)量.(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌，如圖所示.(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.(4)改變條件，重復(fù)實驗：①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小和方向.(5)驗證：一維碰撞中的動量守恒.3.數(shù)據(jù)處理(1)滑塊速度的測量：v＝

，式中Δs為滑塊上擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間.(2)驗證的表達式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.案例二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒1.實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線等.2.實驗過程(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球.(2)安裝：按照如圖甲所示安裝實驗裝置.調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當位置鋪放好.記下鉛垂線所指的位置O.(6)驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度.將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立.(7)整理：將實驗器材放回原處.3.數(shù)據(jù)處理驗證的表達式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.三、注意事項1.前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”.2.案例提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)確保導(dǎo)軌

.(2)若利用平拋運動規(guī)律進行驗證：①斜槽末端的切線必須水平；②入射小球每次都必須從斜槽

由靜止釋放；③選質(zhì)量較

的小球作為入射小球；④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.水平同一高度大考點一教材原型實驗考向1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒例1

(2022·全國甲卷·23)利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進行研究.讓質(zhì)量為m1的滑塊A與質(zhì)量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導(dǎo)軌上發(fā)生碰撞，碰撞時間極短，比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2，進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞.完成下列填空：(1)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平；(2)測得兩滑塊的質(zhì)量分別為0.510kg和0.304kg.要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應(yīng)選取質(zhì)量為________kg的滑塊作為A；用質(zhì)量較小的滑塊碰撞質(zhì)量較大的滑塊，碰后運動方向相反，故選質(zhì)量為0.304kg的滑塊作為A.(3)調(diào)節(jié)B的位置，使得A與B接觸時，A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等；(4)使A以一定的初速度沿氣墊導(dǎo)軌運動，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2；(5)將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復(fù)步驟(4).多次測量的結(jié)果如下表所示；

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33(6)表中的k2＝________(保留2位有效數(shù)字)；

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33(7)的平均值為______(保留2位有效數(shù)字)；

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33(8)理論研究表明，對本實驗的碰撞過程，是否為彈性碰撞可由

判斷.若兩滑塊的碰撞為彈性碰撞，則

的理論表達式為_____________(用m1和m2表示)，本實驗中其值為_______(保留2位有效數(shù)字)，若該值與(7)中結(jié)果間的差別在允許范圍內(nèi)，則可認為滑塊A與滑塊B在導(dǎo)軌上的碰撞為彈性碰撞.彈性碰撞時滿足動量守恒和機械能守恒，可得m1v0＝－m1v1＋m2v2考向2研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒(1)實驗記錄如圖乙所示，為測定A球不碰B時做平拋運動的落點的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的O點對齊，圖乙給出了小球A落點附近的情況，可得A的平均落點到O點的距離應(yīng)為________cm.小球A落點，應(yīng)該取多次落點的平均落點，即用盡量小的圓把這些落點圈起來的圓心的位置，由題圖乙可得距離應(yīng)為65.50cm.(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(jié)果________產(chǎn)生誤差(填“會”或“不會”).不會在題圖甲裝置中，只要保證小球A到達底端的速度相同即可，軌道有無摩擦對實驗結(jié)果不會產(chǎn)生誤差.(3)實驗裝置如圖甲所示，A球為入射小球，B球為被碰小球，以下有關(guān)實驗過程中必須滿足的條件正確的是________.A.入射小球的質(zhì)量mA可以小于被碰小球的質(zhì)量mBB.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，且應(yīng)恰好靜止D入射小球的質(zhì)量mA不可以小于被碰小球的質(zhì)量mB，否則A球碰后反彈，故A錯誤；在實驗中不需要小球的下落高度，只要能保證高度相同，即可知道兩小球下落時間相同，故B錯誤；入射小球每次必從斜槽上的同一位置由靜止釋放，才能保證每次碰前的速度均相同，故C錯誤；斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，應(yīng)能保持靜止，故D正確.(4)如果碰撞過程中系統(tǒng)機械能也守恒，根據(jù)圖中各點間的距離，下列式子成立的有________.A.mA∶mB＝ON∶MPB.mA∶mB＝OP∶MPC.mA∶mB＝OP∶(MN－OM)D.mA∶mB＝ON∶(MN－OM)AD兩球碰撞后，小球做平拋運動，由于小球拋出點的高度相等，它們在空中做平拋運動的時間t相等，由動量守恒定律得mAvA＝mAvA′＋mBvB′代入速度表達式整理得mA(OP2－OM2)＝mBON2，由幾何關(guān)系得MN－OM＝MN－PN＝MP，則mA∶mB＝ON∶MP＝ON∶(MN－OM)，故D正確，C錯誤.考點二探索創(chuàng)新實驗考向1實驗裝置的創(chuàng)新例3如圖為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進行實驗：①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2；②安裝實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面BC連接在斜槽末端；③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點位置P；④將小球m2放在斜槽末端B處，仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標記小球m1、m2在斜面上的落點位置；⑤用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端B的距離.圖中M、P、N三點是實驗過程中記下的小球在斜面上的三個落點位置，從M、P、N到B的距離分別為sM、sP、sN.依據(jù)上述實驗步驟，請回答下面問題：(1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應(yīng)滿足m1_____m2(填“>”“＝”或“<”)；>為了防止入射小球碰撞后反彈，一定要保證入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，故m1>m2；(2)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中______點，m2的落點是圖中______點；MN碰撞前，小球m1落在題圖中的P點，由于m1>m2，當小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是題圖中M點，m2的落點是題圖中N點；(3)用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示，只要滿足關(guān)系式_____________________，就能說明兩球碰撞前后動量是守恒的；設(shè)碰前小球m1的水平初速度為v1，當小球m1與m2發(fā)生碰撞后，小球m1落到M點，設(shè)其水平速度為v1′，m2落到N點，設(shè)其水平速度為v2′，斜面BC與水平面的傾角為α，(4)若要判斷兩小球的碰撞是否為彈性碰撞，用實驗中測得的數(shù)據(jù)來表示，只需比較______與____________是否相等即可.m1sPm1sM＋m2sN如果小球的碰撞為彈性碰撞，代入以上速度表達式可得m1sP＝m1sM＋m2sN故驗證m1sP和m1sM＋m2sN相等即可.考向2實驗方案的創(chuàng)新例4某物理興趣小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置.在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門，其右側(cè)摩擦很小，可忽略不計，左側(cè)為粗糙水平面.當?shù)刂亓铀俣却笮間.采用的實驗步驟如下：A.在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；B.用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；C.a和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕短彈簧(與a、b不連接)，靜止放置在平臺上；D.細線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運動；E.記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；F.小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面的B點，用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與B點之間的水平距離s；G.改變彈簧壓縮量，進行多次測量.(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度，如圖乙所示，則擋光片的寬度為________mm.擋光片的寬度d＝3mm＋16×0.05mm＝3.80mm.(2)針對該實驗裝置和實驗結(jié)果，同學(xué)們做了充分的討論.討論結(jié)果如下：①該實驗要驗證“動量守恒定律”，則只需驗證a、b彈開后的動量大小相等，即______＝__________(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)；②若該實驗的目的是求彈簧的最大彈性勢能，則彈簧的彈性勢能為_____________(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)；③改變彈簧壓縮量，多次測量后，該實驗小組得到xa與

的關(guān)系圖像如圖丙所示，圖線的斜率為k，則平臺上A點左側(cè)與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)大小為_____(用上述實驗數(shù)據(jù)字母表示).四課時精練1234512345(1)用游標卡尺測量直徑相同的入射球與被碰球的直徑，測量結(jié)果如圖甲所示，則直徑為________cm；球的直徑d＝21mm＋4×0.1mm＝21.4mm＝2.14cm.12345(2)實驗中，直接測定小球碰撞前、后的速度是不容易的，但是可以通過僅測量_____(填選項前的字母)，間接地解決這個問題；A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點距地面的高度HC.小球做平拋運動的水平位移D.小球的直徑C12345小球離開軌道后做平拋運動，因為小球拋出點的高度相等，它們在空中的運動時間相等，小球的水平位移與小球拋出的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，所以C正確.12345(3)實驗裝置如圖乙所示，先不放B球，使A球從斜槽上某一固定點C由靜止?jié)L下，再把B球靜置于水平槽前端邊緣處，讓A球仍從C處由靜止?jié)L下.記錄紙上的O點是鉛垂線所指的位置，M、P、N分別為落點的痕跡，未放B球時，A球落地點是記錄紙上的_____點；放上B球后，B球的落地點是記錄紙上的________點；PN12345A球和B球相撞后，B球的速度增大，A球的速度減小，所以碰撞后A球的落地點距離O點最近，B球的落地點距離O點最遠，所以P點是未放B球時A球的落地點，N點是放上B球后B球的落地點.12345碰前“總動量”p/(kg·m)碰后“總動量”p′/(kg·m)0.21900.13100.26043.68×10－3____________根據(jù)上面表格中的數(shù)據(jù)，你認為能得到的結(jié)論是__________________________________________________________；×10－3在實驗誤差允許范圍內(nèi)，可認為系統(tǒng)在碰前和碰后的“動量”守恒12345則可知碰撞前、后“總動量”近似相等，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，可認為系統(tǒng)在碰前和碰后的“動量”守恒.12345(5)實驗中，關(guān)于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(nèi)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?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?，軌道對被碰小球?/p>

阻力越小C12345入射小球的釋放點越高，入射球碰撞前的速度越大，相撞時內(nèi)力越大，阻力的影響相對越小，可以較好地滿足動量守恒的條件，也有利于減小測量水平位移時的相對誤差，從而使實驗的誤差減小，C正確.123452.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器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.然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運動，他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示.在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器所用的電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以補償阻力.12345(1)若已得到打點紙帶，測得各計數(shù)點間距如圖乙所示，A為運動起始的第一點，則應(yīng)選_____段來計算A車的碰前速度，應(yīng)選_____段來計算A車和B車碰后的共同速度.(以上兩空均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)BCDE12345小車A碰前運動穩(wěn)定時做勻速直線運動，所以選擇BC段計算A碰前的速度；兩小車碰后粘在一起仍做勻速直線運動，所以選擇DE段計算A和B碰后的共同速度.12345(2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0.40kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20kg，由以上測量結(jié)果可得，碰前總動量為______kg·m/s；碰后總動量為______kg·m/s(結(jié)果保留小數(shù)點后3位).由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是：________________________________________________.A、B碰撞過程中，在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒12345則碰前兩小車的總動量為p＝m1v0＋0＝×1.050kg·m/s＝0.420kg·m/s則碰后兩小車的總動量為p′＝(m1＋m2)v＝＋0.20)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是：A、B碰撞過程中，在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒.1234512345②懸掛點兩根等長不可伸長的細繩分別系上兩個可視為質(zhì)點的A擺和B擺，兩擺相對的側(cè)面貼上雙面膠，以使兩擺撞擊時能合二為一，以相同速度一起向上擺；③把A擺拉到右側(cè)h1的高度，釋放后與靜止在平衡位置的B擺相碰.當A、B擺到最高點時讀出擺中心對應(yīng)的高度h2；12345回答以下問題：(1)若A、B兩擺的質(zhì)量分別為mA、mB，則驗證動量守恒的表達式為____________________(用上述物理量字母表示).1234512345(2)把A擺拉到右側(cè)的高度為0.8m，兩擺撞擊后一起向左擺到的高度為0.2m，若滿足A擺質(zhì)量是B擺質(zhì)量的______倍，即可驗證系統(tǒng)動量守恒，從而可以得出A擺碰前初動能為碰后兩擺損失機械能的______倍.1212345把數(shù)據(jù)代入上述驗證表達式可得mA＝mB，即若滿足A擺的質(zhì)量是B擺的質(zhì)量的1倍，即可驗證系統(tǒng)動量守恒；根據(jù)動量守恒定律有mAv1＝(mA＋mB)v2，即A擺碰前初動能為碰后兩擺損失機械能的2倍.1234512345根據(jù)圖(b)中所標數(shù)據(jù)，可分析推斷出碰撞發(fā)生在____間，A滑塊碰撞前的速度為______m/s，B滑塊碰撞前的速度為____m/s,A滑塊碰撞后的速度為_______m/s，B滑塊碰撞后的速度為________m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)EF012345由于A滑塊與氣墊導(dǎo)軌間的摩擦力非常小，所以除了碰撞過程，A滑塊運動過程因摩擦力產(chǎn)生的加速度非常小，在相同時間內(nèi)相鄰位移的差值也非常小，根據(jù)圖(b)中所標數(shù)據(jù)，可看出只有EF間的位移相比相鄰間的位移變化比較明顯，故碰撞發(fā)生在EF間；

12345123455.某同學(xué)利用如圖所示的裝置進行“驗證動量守恒定律”的實驗，操作步驟如下：①在水平桌面上的適當位置固定好彈簧發(fā)射器，使其出口處切線與水平桌面相平；12345②在一塊長平木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙，將該木板豎直并貼緊桌面右側(cè)邊緣.將小球a向左壓縮彈簧并使其由靜止釋放，a球碰到木板，在白紙上留下壓痕P；③將木板向右水平