高中物理人教版一轮参考课件：选修3-5.1.3 实验：验证动量守恒定律

第三节 实验:验证动量守恒定律
要点一 要点二
考点梳理
主干层析 主干层析
随堂演练
第三节 实验:验证动量守恒定律
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要点一 实验原理的理解
【例 1】 如图甲所示,用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律,即研究两个小 球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系.
甲
(1)实验中,直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是,可以通过 仅测量 (填选项前的序号),间接地解决这个问题. A.小球开始释放高度 h B.小球抛出点距地面的高度 H C.小球做平抛运动的射程
第三节 实验:验证动量守恒定律
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【实验目的】 验证碰撞中的动量守恒. 【实验原理】 如图所示,质量较大的 A 球从斜槽上滚下,与 放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的 B 球发 生碰撞,碰撞后各自做平抛运动.由于两球下落的 高度相同,故它们的运动时间相等,用小球飞行时 间作时间单位,则小球飞出时的水平速度在数值 上就可用它飞行的水平距离代替.因此,只要测出两小球的质量 m1、 m2 和不 放被碰小球时入射小球在空中飞行的水平距离OP,以及入射小球与被碰小 球碰撞后在空中飞行的水平距离OM和O'N,然后比较 m1OP与 m1OM+m2O'N 在实验误差允许的范围内相等,就验证了两小球碰撞前后总动量守恒. 【实验器材】 斜槽,重垂线,大小相等而质量不等的小球两个,白纸,复写纸,刻度尺,圆 规,三角板,天平,游标卡尺.
p1
∶ 11;若碰撞结束时
实验结果说明,碰撞前、后总动量的比值
为
.
(5)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质,其他条件不变, 可以使被撞小球做平抛运动的射程增大.请你用(4)中已知的数据,分析和计 算出被撞小球 m2 平抛运动射程的最大值 ON'为 cm.
p1 '+p2 '
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【实验步骤】 (1)测质量与直径:用天平测出两个小球的质量 m1、m2(m1>m2),用游标 卡尺测出小球直径 D,并选定质量大的小球为入射小球. (2)安装:如图所示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,并使斜槽末端 的切线水平,调节小支柱的高度,使入射小 球与被碰小球在同一高度. (3)铺纸:在水平地面上铺上白纸,且在白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指 位置 O. (4)放球找点:不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由落 下,重复 10 次,用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心 P 就是入射 小球不碰时的落点.
(用(2)中 (用
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(4)经测定,m1=45.0 g,m2=7.5 g,小球落地点的平均位置距 O 点的距离 如图乙所示.
乙
碰撞前、后 m1 的动量分别为 p1 与 p1',则 p1∶ p1'= m2 的动量为 p2',则 p1'∶ p2'=11∶ .
(5)碰撞找点:把被碰小球放在小支柱上,让入射小球从同一高度自由滚 下,重复 10 次.用步骤(4)方法,将碰后两球的落点位置 M、 N 标出,如图所示.
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(6)验证:连结 ON,且取 OO'=2r(r 为小球半径).测量线段OP、OM、O'N 的长度,用 m1OP与 m1OM+m2O'N比较,从而验证结论. 【注意事项】 (1)实验中必须保持斜槽末端切线水平. (2)小球每次必须从同一高度无初速滑下,并且要高度适当,使其以适当 的水平速度运动,从而减小误差. (3)入射球应选质量大的,被碰球应选质量小的. (4差分析】 (1)难以做到准确正碰. (2)斜槽末端若不水平,得不到准确的平抛运动. (3)O、P、M、N 各点定位不准确,测量和作图有偏差.
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(2)图甲中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影,实验时,先让入射 球 m1 多次从斜轨上 S 位置静止释放,找到其平均落地点的位置 P,测量平抛 射程 OP,然后,把被碰小球 m2 静止放于轨道的水平部分,再将入射小球 m1 从斜轨上 S 位置静止释放,与小球 m2 相撞,并多次重复.接下来要完成的必 要步骤是 (填选项的符号). A.用天平测量两个小球的质量 m1、m2 B.测量小球 m1 开始释放高度 h C.测量抛出点距地面的高度 H D.分别找到 m1、m2 相碰后平均落地点的位置 M、N E.测量平抛射程 OM、ON (3)若两球相碰前后的动量守恒,其表达式可表示为 测量的量表示);若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为 (2)中测量的量表示).
p1 p1 '+p2 '
=
m1 OP ,代入数值解得约为 m1 OM+m2 ON
1.
2m1 OP =76.8cm. m1 +m2
(5)弹性碰撞时,被撞小球 m2 平抛运动射程有最大值 ON',有 m1OP=m1OM'+m2ON'、m1OP2=m1OM'2+m2ON'2,解得 ON'= 答案:(1)C (2)ADE (3)m1OP=m1OM+m2ON m1OP2=m1OM2+m2ON2 (4)14 2.9 1~1.01 (5)76.8
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解析:(1)因为平抛高度相同,飞行时间相同,所以水平射程与平抛初速 度成正比,用水平射程可以代表初速度. (2)验证动量守恒,要测两球质量和碰撞前后的速度(水平射程). (3)动量守恒时,要满足 m1OP=m1OM+m2ON;弹性碰撞时,动能守恒,应 有 m1OP2=m1OM2+m2ON2. (4)p1∶ p1'=m1OP∶ m1OM=44.8∶ 35.2=14∶ 11 p1'∶ p2=m1OM∶ m2ON=(45× 35.2)∶ (7.5× 55.68)=11∶ 2.9