2021届高考物理一轮复习：动量部分实验验证动量守恒定律课件

例题——实验原理与操作 (2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为
____________________________________。(忽略小球的大小) 解析：根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程
知识梳理 实验方案③
橡皮泥
运动的A碰撞静止的B，碰后两者连成一体 用 打___点__计__时__器__ 测出两小车碰撞前后的速度
A.导轨安放不水平
B.小车Байду номын сангаас挡光板倾斜
C.两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起
提示：实验中要求小车碰撞前后均做匀速直线运动，才能 准确测量碰撞前后的速度。
例题——实验原理和操作
气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与 滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动 可视为没有摩擦。我们可以用带竖直挡板C 和D 的气垫导轨和滑 块A和B验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的实验步 骤如下： a．用天平分别测出滑块A、B 的质量mA 、mB 。 b．调整气垫导轨，使导轨处于水平。 c．在A和B 间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止 放置在气垫导轨上。
m甲 v甲 ＋m乙 v乙 ＝0.420 kg·m/s；碰后 m甲 v甲 ′＋m乙 v乙 ′＝ 甲 乙 (m +m )v'=0.60×0.695kg·m/s=0.417kg·m/s.
例题——数据处理
(3)通过计算得出的结论是什么？ 答案：在误差允许范围内，碰撞前后两个小车的mv之和是相等 的.
例题——数据处理
橡皮泥 实验器材：小球两个(大小相同，质量不同)、悬线、天平、量角器等
知识梳理
实验步骤
a.测质量：用天平测出两小球的质量m1 、 2 mb.安。装：如图所示，把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来 。c.实验：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两 小球相碰。 d.测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球 的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度 。e.改变条件：改变碰撞条件，重复实验 。f.验证：一维碰撞中的动量守恒。
碰撞前后的速度均由纸带求得。
例题——数据处理
(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标 在图上，A为运动起始的第一点，则应选_B_C____段计算小 车甲的碰前速度，应选D_E____ 段来计算小车甲和乙碰后的 共同速度(以上两格填“AB”“BC”“CD”或“DE”).
提示：计算碰撞前后速度时应选取纸带上点迹均匀的部分 解析：观察打点计时器打出的纸带，点迹均匀的阶段BC 应为小车甲与乙 碰前的阶段，CD 段点迹不均匀，故CD 应为碰撞阶段，甲、乙碰撞后一 起匀速直线运动，打出间距均匀的点，故应选DE 段计算碰后共同的速度.
知识梳理 数据处理 ①速度的测量 小球释放时（或碰撞后摆起的）高度
②验证动量守恒
知识梳理
注意事项
①碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 ②两小球静放时球心应在 _同__一__水__平___线__上___，且刚好接触， 摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同_一__竖__直__面______ 内 。③两摆球应保持等大。
例题——数据处理
(2)已测得小车甲的质量m甲＝0.40 kg，小车乙的质量m乙 ＝0.20 kg，由以上测量结果，可得碰前甲m甲 v ＋乙 m乙 v ＝ __0_.4__2__ kg·m/s；碰后m甲 甲v ′＋m乙 乙v ′0＝.4_1__7___ kg·m/s. 提0示：由纸带计算出碰撞前后速度，结合小车质量即可求得碰 撞前后各自的总动量。 解析：
例题——实验原理和操作
d．用刻度尺测出A的左端至C 板的距离1l 。 e．按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B 运动时 间的计时器开始工作，当A、B 滑块分别碰撞C、D 挡板 时计时结束，记下A、B 分别到达C、D 的运动1时间2t 和 提t 示。：本实验需要验证的动量守恒的表达式：
例题——实验原理和操作
知识梳理
数据处理 ①速度的测量 滑块挡光片的宽度 数字计时器显示的滑块经过光电门的时间
②验证动量守恒
知识梳理 注意事项
①碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 。②调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平 。
例题——实验原理和操作
在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中，哪些因
素可导致实验误差（AB ）
例题——实验原理与操作
在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中
，下列说法正确的是 （
）
A.悬挂两球的线长度要适当，且等长
B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C.两小球必须都是刚性球，且质量相同
D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动 提示：两球碰撞后可以有各种运动情况。
例题——实验原理与操作
弹簧片、细绳 弹性碰撞架、胶布 撞针、橡皮泥
知识梳理
实验步骤
a.测质量：用天平测出两滑块质量。 b.安装：按图安装并调好实验装置。 c.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)。 d.验证：一维碰撞中的动量守恒。
实验：验证动量守恒定律
思维导图
高考考纲
复习目标
掌握验证动量守恒定律实验的基本原理及操作 。会对得到的数据进行处理，并能够进行误差分析 。
知识梳理 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 ′， 算出碰撞前的动量p＝m1 v1 ＋m2 v2 及碰撞后的动量p ′ ＝m1 v1 ′＋m2 v2 ′， 看碰撞前后动量是否相等 。
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。
知识梳理
实验步 骤a.测质量：用天平测出两小车的质量。 b.安装：如图所示，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，连在小车甲的后面，在两小车的碰撞 端分别装上撞针和橡皮泥。长木板下垫上小木片来平衡摩擦力 。c.实验：接通电源，让小车甲运动，小车乙静止，两车碰撞 时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。 d.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间算出速度。 e.改变条件：改变碰撞条件、重复实验。 f.验证：一维碰撞中的动量守恒。
②
Δt 可视为很短.设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小
分别为0 v 、1 v .将②式和图给实验数据代入①式可得0
v ＝2.00 m③/s
④
设滑块B在碰撞后的速度大小为v ，由①式有
⑤
例题——数据处理
代入题给实验数据得v2 ≈2.86 m/s
⑥
设两滑块在碰撞前、后的动量分别为p和p′，则
p＝m1 v0 ⑦
知识梳理
数据处理 ①速度的测量
纸带上两计数点间的距离 由打点间隔算出
②验证动量守恒
知识梳理
注意事项 ①碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。 ②在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力 。
例题——数据处理
某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实 验：在小车甲的前端粘有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直 线运动。然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体 ，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所 示。在小车甲后连着纸带，打点计时器的打点频率为50 Hz ，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。 提示：本实验需要验证的动量守恒表达式 ：
例题——数据处理
(1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨空腔内通入压缩空气； ③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸 带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点 计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方 向； ④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； ⑤把滑接块通2打放点在计气时垫器导的轨电的源中间； 放开滑块1 ⑥先_______________________，然后____________，让滑块带动
p′＝m1 v1 ＋m2 v2 ⑧
两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为
联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得 δp ≈ 1.7% < 5% 因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.
知识梳理
实验方案 ② 保证两绳等长
通过小球 摆起的角度 _____________可以知 道碰撞时的速度
例题——实验原理与操作
如图所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬 挂于O点，O点下方桌子的边缘有一竖直立柱。实验时，调节 悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高 。将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。释放 球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向 左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点。测出有关数据 即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面 的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的 水平距离为c。此外：
例题——实验原理与操作
(1)还需要测量的量是 _弹__性__球__1__、__2_的__质___量__m_1__、____2、 __立__柱__高__h__ 和 _桌___面__离__水m__平___地__面__的__高___度__H_.
提示：A碰撞前后的速度可由其 摆动的高度来计算，B 碰后的速 度需由平抛运动的相关规律求得 。
(1)实验中还应测量的物理量及其符号 是 滑块B与D 板间的距离，_符___号__为__l_2__________________________。 (2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达
式是_______________，上式中算得的A、B 两滑块的动量大小并不完全相等， 产生误差的原因有(至少答出两点) _①过__l程__1、_；__l③_2_、滑__m块__A_并_、_不_m_是_B_标_的_准_数__的_据_匀_测_速_量_直_的__线误__运_差_动_；_，_②_因_没__为_有_滑_考_块_虑_与_弹__导簧__轨_推_间_动_有_滑_少_块__许_的_摩_加_擦_速力 _______________________________________________________________________。 提示：误差有系统误差和偶然误差两类。 弹簧在推动AB 的过程中，AB 均做加速运动。
解析：两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A 正确；由于计算碰撞前速度时用到了 ，即初速度为0， B正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C错误；两球 正碰后，有各种运动情况，所以D 正确。
在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的 是 （ABD ） A.悬挂两球的线长度要适当，且等长 B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度 C.两小球必须都是刚性球，且质量相同 D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动
例题——数据处理
若实验允许的相对误差绝对值
(
×100%)最大为5%，本实验是否在
误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。
提示：本实验需要验证的动量守恒 表达式为：
例题——数据处理
解析：
按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为
①
式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程设纸带上相
邻两点的时间间隔为ΔtA ，则
例题——数据处理
实验测得滑块A的质量m1 ＝0.310 kg，滑块B的质量m2 ＝ 0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交 流电的频率f＝50.0 Hz。将光电门固定在滑块B 的右侧， 启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰 。碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前 后打出的纸带如图(b)所示。
知识梳理 实验方案①
光电门
光电门
测速度
碰撞滑块
气垫导轨
需验证动量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变 。
知识梳理 实验器材
需验证动量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变。
碰撞的一种： 由于排斥力分开
得到能量损失 很小的碰撞
得到能量损失 很大的碰撞
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物
(2010·泰州模拟)某同学利用打点计时器 和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的 实验。气垫导轨装置如图 (a)所示，所用 的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架 等组成。在空腔导轨的两个工作面上均 匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔 内不断通入压缩空气，空气会从小孔中 喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这 样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩
例题——数据处理
(2014·新课标全国卷Ⅱ)现利用图(a)所示的装置验证动量守 恒定律。在图(a)中，气垫导轨上有A、B 两个滑块，滑块A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带 相连；滑块B 左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光 电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。