创新方案2014年高考物理精品教学案与知能演练 实验16验证动量守恒定律

创新方案2014年高考物理精品教学案与知能演练 实验16验证动量守恒定律内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量 碰撞前、后物体的速度 v1、v 2 及v 2，找出碰撞前的动量 pm 1v1m 2碰撞后的动量 pm 1m 2看碰撞前、后动量是否守恒。 方案一：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。 方案二：带细线的摆球(两套 )、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个) 、天平、撞针、橡皮泥。 方案四：斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板。 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1 2、)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(改变滑块的质量；改变滑块的初速度大小和方向 )。 (4)验证：一维碰撞中的动量守恒。 方案二：利用等长悬线悬挂大小相等的小球完成一维碰撞实验(1)测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m 2。 (2)安装：把两个大小相等的小球用等长悬线悬挂起来。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (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 3、。 (5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验。 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒。 方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(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：接通电源，让小车 A 运动，小车 B 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。 (4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由 v 算出速度。 )改变条件：改变碰撞条件、重复实验。 (6)验证：一维碰撞中的动量守恒。 方案四：利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验(1)先用天平测出小球质量 m 4、1、m 2。 (2)按图实161 所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。 图实161(3)在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置 O，它表示入射球 前的位置。 (5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点 P。 (6)把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复 10次，仿步骤(5) 5、 求出入射小球落地点的平均位置 M 和被碰小球落地点的平均位置 N。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (7)过 O 和 N 在纸上作一直线。 (8)用刻度尺量出线段 P、长度。 把两小球的质量和相应的数值代入Pm 1OMm 2是否成立。 1速度的测量方案一：滑块速度的测量：v ，式中 x 接为滑块挡光片的宽度( 仪器说明书上给出，t 为数字计时器显示的滑块(挡光片) 经过光电门的时间。 方案二：摆球速度的测量：v ，式中 h 为小球释放时( 或碰撞后摆起的)高度，可由量角器和摆长计算出 )。 方案三：小车速度的测量：v ，式中 x 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺t 为小车经过 x 的时间，可 6、由打点间隔算出。 2验证的表达式m 2v2m 1m 2方案四：验证的表达式 m 1 m 2M 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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用摆球进行实验，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)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。 (4)若利用斜槽小球碰撞应注意：斜槽末端的切线必须水平；入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；选质量较大的小球作为入射小球；实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。 光世 7、昌老师高中物理精品资源免费下载地址 探究结论寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。 1系统误差主要来源于装置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否为一维碰撞。 (2)实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两摆球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力。 2偶然误差主要来源于质量 m 和速度 v 的测量。 实验原理与操作例 1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，气垫导轨装置如图实162 甲所示，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 8、小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。 图实162(1)下面是实验的主要步骤： 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； 向气垫导轨通入压缩空气； 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和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； 使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳； 把滑块 2 放在气垫导轨的中间，已知碰后两滑块一起运动； 先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动； 取下纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图乙所示； 测得滑块 1(包括撞针) 的质量 3 9、10 g，滑块 2(包括橡皮泥) 的质量为 205 g。 (1)试着完善实验步骤的内容。 (2)已知打点计时器每隔 s 打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_ kgm/s; 两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为_kgm/s (保留三位有效数字)。 (3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是 _。 解析 (1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块 1。 (2)作用前滑块 1 的速度 m/s2 m/s，其质量与速度的乘积为 m/skgm/s，作用后滑块 1 和滑块 2 具有相同的速度 v m/s1.2 m/s，1.2 m/skgm/s。 (3)相互作用前后动量减小 10、的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦。 答案 (1)接通打点计时器的电源放开滑块 1(2)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 例 2如图实163 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。 图实166(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_(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。 A小球开始释放高度 球抛出点距地面的高度 球做平抛运动的射程(2)图实166 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 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程 后， 11、把被碰小球 置于轨道的水平部分，再将入射球 斜轨上 S 位置静止释放，与小球 碰，并多次重复。 接下来要完成的必要步骤是_。 (填选项前的符号)A用天平测量两个小球的质量 m1、m 2B测量小球 始释放高度 量抛出点距地面的高度 别找到 m1、m 2 相碰后平均落地点的位置 M、量平抛射程 N(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_(用(2)中测量的量表示)；若碰撞是弹性碰撞。 那么还应满足的表达式为_( 用 (2)中测量的量表示)。 (4)经测定，m 145.0 g，m 27.5 g，小球落地点的平均位置距 O 点的距离如图实167 所示。 碰撞前、后 动量分别为 则 p1p 1_11；若碰 12、撞结束时 动量为 则 p 211_。 实验结果说明，碰撞前、后总光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址。 实167(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，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。 请你用(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球 抛运动射程 最大值为_解析(1)小球离开轨道后做平抛运动，由 h t ，即小球的下落时间一定，12 2v 可用平抛运动的水平射程来表示，选项 C 正确。 )本实验要验证的是 Mm 2ONm 1此要测量两个小球的质量 N，而要确定水平射程，应先分别确定两个小球落地的平均落点，没有必要测量小球。 故应完成的步骤是 3)若动量守恒，应有 m 1v0(v1、v 2是两球碰后 m1、m 2离开轨道时的速度)，又 v ，则有 m 2 m 1 ，Mm 2ONm 1碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程中没有机械能损失，则有 同样整理可得 M2m 2m 12 21 12 2 12 20(4)碰前 p1m 1v0m 1 ，碰后 m 1v1m 1 ，则M1411；碰后 m 2v2m 2 ，p 2(m 1(N)11世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、后总动量的比值 M N(5)仅更换两个小球的材质时，碰撞中系统机械能的损失会发生变化，当碰撞为弹性碰撞时，被碰小球获得的速度最大，平抛运动的射程。