2022高三新高考物理一轮人教版课件：第六章 第5课时 验证动量守恒定律

(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度 d 如图 2 所示，则 d＝________ cm。 (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门 2，则选用下 列哪组滑块能使实验效果更好________。 A．m 甲＝50 g，m 乙＝50 g B．m 甲＝100 g，m 乙＝50 g C．m 甲＝50 g，m 乙＝100 g
2．偶然误差：主要来源于质量 m 1、m 2 和碰撞前后速度(或
水平射程)的测量。
注意事项
1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 2．方案提醒 (1)若利用气垫导轨进行验证，给滑块的初速度应沿着导轨的 方向。 (2)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在 同一水平线上，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内。 (3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。 (4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意 调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。
方案四 : 利用斜槽滚球验证动量守恒定律
[实验器材]
斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度 尺等。
[实验步骤] 1．测质量：用天平测出两小球的质量， 并选定质量大的小球为入射小球。 2．安装：按照如图所示安装实验装置。 调整固定斜槽使斜槽底端水平。 3．铺纸：白纸在下，复写纸在上且在 适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置 O。
(2)已知入射小球质量为 m1，被碰小球质量为 m2(m1＞m2)，甲 同学建议用图甲所示的装置，由水平地板上的白纸与复写纸记 录两小球碰撞前后落点的位置，实验中记下了 O、M、P、N 四个位置，如图甲所示，其中 P 点是未放小球 m2 时小球 m1 被释放后落点的位置，若采用图甲所示装置进行实验，若满足 ________________(用 m1、m2、OM、OP、ON 表示)，则说明 碰撞中动量守恒；乙同学建议用图乙所示的实验装置，用垂直 于小球下落轨迹平面的竖直木板及白纸、复写纸记录两小球碰 撞前后落点的位置，实验中记下了 O、A、B、C 四个位置(如 图所示)，若满足________________(用 m1、m2、OA、OB、 OC 表示 )，则说明碰撞中动量守恒；这两种方案你认为 ________(填“甲”或“乙”)较好。
解析：(1)两小车碰撞前做匀速直线运动，在相等时间内小 车位移相等，由题图乙所示纸带可知，应选择纸带上的 BC 段求出小车 P 碰撞前的速度。 (2)设打点计时器打点时间间隔为 T，由题图乙所示纸带可 知，碰撞前小车的速度：v＝s24－Ts1， 碰撞后小车的速度：v′＝s46－Ts3， 如果碰撞前后系统动量守恒，则：m1v＝(m1＋m2)v′，即： m1s24－Ts1＝(m1＋m2)s46－Ts3， 整理得：m1s2－2 s1＝(m1＋m2)×s4－3 s3；
2．验证的表达式：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。
方案三: 利用两辆小车完成一维碰撞实验 [实验器材] 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞 针、橡皮泥、刻度尺等。
[实验步骤] 1．测质量：用天平测出两小车的质量。 2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸 带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别 装上撞针和橡皮泥。 3．实验：小车 B 静止，接通电源，让小车 A 运动，碰撞 时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一个整体运动。 4．改变条件重复实验： ①改变小车 A 的初速度；②改变两小车的质量。 [数据处理] 1．小车速度的测量：通过纸带上两计数点间的距离及时 间，由 v＝ΔΔxt 计算。 2．验证的表达式：m1v1＝(m1＋m2)v2。
[数据处理] 1．小球水平射程的测量：
连接 ON，测量线段 OP、OM、ON 的长度。 2．验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
误差分析
1．系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等。 (1)碰撞是否为一维。 (2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到 长木板的摩擦力，入射小球的释放高度存在差异。
答案：(1)用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里 面，圆心即平均位置 同一位置由静止开始
(2)m1OP＝m1OM＋m2ON
m1 ＝ m1 ＋ m2 甲 OB OC OA
2．某同学用如图 1 所示的装置“验证动量守恒定律”，实验 开始前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置，滑块 碰到弹射装置时将被锁定，打开控制开关，滑块可被弹射 装置向右弹出。滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片， 在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰架(图中未画 出)，可保证在滑块碰撞过程中能量损失极小。开始时，滑 块甲被弹射装置锁定，滑块乙静置于两个光电门之间。
(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已 标在图上)。A 为运动的起点，则应选________段来计算 A 碰前的速度，应选________段来计算 A 和 B 碰后的共同速 度(以上均选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)。
(2)已测得 A(包括橡皮泥)的质量 m1 ＝ 0.4 kg，B 的质量 m2＝0.2 kg，则碰前两小车的总动量大小为_______kg·m/s， 碰后两小车的总动量大小为_____kg·m/s。
3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们
相碰。
4．测角度：用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两
小球摆起的角度。
5．改变条件重复实验：①改变小球被拉起的角度；②改
变摆长。
[数据处理]
1．摆球速度的测量：v＝ 2gh，式中 h 为小球释放时(或
碰撞后摆起)的高度，h
可由摆角和摆长l＋d2
计算出。
考法一 实验原理与操作 1．某实验小组做“验证动量守恒定律”的实验。分别设计了
图甲、图乙两种实验装置；
(1)若采用图甲所示装置进行实验，为了减小偶然误差，确 定小球落点的平均位置的方法是：____________________ _________________________________________________； 为了保证入射小球离开斜槽末端的速度相同，每次必须从 斜槽上_________________滚下；
v1＝td1，v2＝td2，v3＝td3。 ①设甲的初速度方向为正方向，则由动量守恒定律有：
m 甲 v1＝m 甲 v3＋m 乙 v2； 代入速度公式则有：m 甲td1＝m 甲td3＋m 乙 td2； ②要保证为弹性碰撞，碰撞前后机械能守恒，则有：
1 2m
甲td12＝12m
甲td32＋12m
乙td22；
方案二: 利用等长摆球完成一维碰撞实验 [实验器材] 带细线的摆球(两套，等大不等重)、铁架台、天平、量角 器、刻度尺、游标卡尺、胶布等。
[实验步骤] 1．测质量和直径：用天平测出小球的质量 m1、 m2，用游标卡尺测出小球的直径 d。 2．安装：把小球用等长悬线悬挂起来，并用刻 度尺测量悬线长度 l。
设轨道末端到木条的水平位置为 x，小球做平抛运动的初速 度：
va＝
2xOB，va′＝2xOC，vb′＝x， 2OAg
g
g
如果碰撞过程动量守恒，则：mava＝mava′＋mbvb′，
代入速度解得： m1 ＝ m1 ＋ m2 ； OB OC OA
由于甲实验实验方法简单且数据处理方便，因此甲实验原理
更好一些。
(3)某次实验时，该同学记录下滑块甲(质量为 m 甲)通过光电 门 1 的时间为 t1，滑块乙(质量为 m2)通过光电门 2 的时间 为 t2，滑块甲通过光电门 2 的时间为 t3，根据实验器材等测 量条件确定误差范围。 ①只要等式____________________成立，则可说明碰撞过 程中动量守恒； ②只要等式____________________成立，则可说明这次碰 撞为弹性碰撞。 (注：以上 2 个等式必须用题目中所给的字母表示)
即 m 甲td12＝m 甲td32＋m 乙td22 成立，即说明为弹性碰撞。
答案：(1)2.145 (2)B
(3)①m
甲td1＝m
甲td3＋m
d 乙t2
②m 甲td12＝m 甲td32＋m 乙td22
考法二 数据处理和误差分析 3．用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，小车 P 的前端粘
有橡皮泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右 端垫放木块以平衡摩擦力，推一下小车 P，使之运动，与 静止的小车 Q 相碰粘在一起，继续运动。
[实验步骤] 1．测质量：用天平测出滑块质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨。 3．实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑 块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量；②改变滑块 的初速度大小和方向)。 [数据处理] 1．滑块速度的测量：v＝ΔΔxt ，式中 Δx 为滑块挡光片的宽 度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt 为数字计时器显示 的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
(1)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征 把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点 A 的距离。根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上 ________(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)段来计算小车 P 的 碰前速度。 (2)测得小车 P(含橡皮泥)的质量为 m1，小车 Q(含橡皮泥) 的质量为 m2，如果实验数据满足关系式______________， 则可验证小车 P、Q 碰撞前后动量守恒。 (3)如果在测量小车 P 的质量时，忘记粘橡皮泥，则所测系 统碰前的动量与系统碰后的动量相比，将________(填“偏 大”或“偏小”或“相等”)。
4．单球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上 某固定高度处自由滚下，重复 10 次。用圆规画尽量小的圆把 所有的小球落点圈在里面。圆心 P 就是小球落点的平均位置。
5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球 从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验 10 次。 用步骤 4 的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置 M 和被 撞小球落点的平均位置 N，如图所示。改变入射小球的释放高 度，重复实验。
(3)在测量小车 P 的质量时，忘记粘橡皮泥，小车 P 质量的 测量值小于真实值，由 p＝mv 可知，所测系统碰前的动量 小于碰撞后系统的动量。 答案：(1)BC (2)m1s2－2 s1＝(m1＋m2)×s4－3 s3 (3)偏小
4．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实 验：在小车 A 的前端粘有橡皮泥，推动小车 A 使之做匀速 直线运动，然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并粘合成 一体，继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示，在 小车 A 后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为 50 Hz， 长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。
解析：(1)用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里 面，圆心即平均位置，这样可以减小偶然误差；为了保证 小球每次到达斜面末端时速度相同，应让小球每次从同一 位置由静止滑下； (2)设落地时间为 t，则有：v1＝OtP，v1′＝OtM，v2′＝OtN 而动量守恒的表达式是：m1v1＝m1v1′＋m2v2′ 所以若两球相碰前后的动量守恒，则有： m1·OM＋m2·ON＝m1·OP 成立； 小球做平抛运动，在竖直方向上：h＝12gt2， 平抛运动时间：t＝ 2gh，
解析：(1)游标卡尺的主尺读数为 21 mm，游标读数为 0.05×9 mm＝0.45 mm，则最终读数为 21.45 mm＝2.145 cm； (2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门 2，所以入射 滑块不能反弹，所以应用质量较大的滑块去碰质量较小的 滑块，故选 B 项；
(3)滑块经过光电门的速度分别为：
第 5 课时 验证动量守恒定律实验探究课
实验目的：验证动量守恒定律。 实验原理：在一维碰撞中，测出物体的质量 m 和碰撞前 后物体的速度 v、v′，找出碰撞前的动量 p＝m1v1＋m2v2 及碰 撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
实验方案
方案一: 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 [实验器材] 气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧 片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。