2012屆高考物理第一輪復(fù)習(xí)驗證動量守恒定律學(xué)案

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
第三課時 實驗:驗證動量守恒定律
【要求】
1.了解本實驗的原理、器材選擇及實驗步驟;
2.學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)以及能解決實驗中出現(xiàn)的問題。
【知識再現(xiàn)】
一、實驗原理
質(zhì)量為m1、m2的兩個小球發(fā)生正碰,若碰前m1運(yùn)動,m2靜止,根據(jù)動量守恒定律有:
_____________。因小球從斜槽上滾下后做_________,由平拋運(yùn)動知識知,只要小球下落的高度相同,在落地前運(yùn)動的__________就相同,則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位,數(shù)值上就等于小球飛出的___________。所以,只要測出小球的____________及兩球碰撞前后飛出的_______________,代入公式就可以驗證動量守恒定律。
二、實驗器材
斜槽、大小相等不同質(zhì)量的小球兩個、重垂線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。
三、實驗步驟
1.先用________測出兩個小球質(zhì)量m1、m2。
2.按圖安裝好實驗裝置,將斜槽固定在桌邊,使斜槽的末端點(diǎn)切線__________,把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上,調(diào)節(jié)實驗裝置使兩小球碰時在同一水平線上,且碰撞瞬間,入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行,以確保碰后的速度方向水平。
A、在地上鋪一張白紙,白紙上鋪放________;
B、在白紙上記下重垂線所指的位置o,它表示入射球m1碰前的位置;
C、先不放被碰小球,讓入射球從斜槽上同一高度滾下,重復(fù)____________,用園規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面,________就是入射球不碰時的落點(diǎn)P;
D、把被碰球放在小支柱上,讓_________從同一高度滾下,使它們發(fā)生正碰,重復(fù)10次,仿步驟5求出入射球落點(diǎn)的____M和被碰球落點(diǎn)的___N;
E、用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度,把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的速度數(shù)值代入________ 看是否成立;
F、整理器材放回原處。
知識點(diǎn)一實驗原理
驗證動量守恒的裝置不一定與教材中的一致,考查時經(jīng)常以其它形式出現(xiàn),但實驗原理應(yīng)該是相似的。
【應(yīng)用1】(07廣東省重點(diǎn)中學(xué)月考)氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器,它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示,采用的實驗步驟如下:
a.用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB;
b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平;
c.在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上;
d.用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1;
e.按下電鈕放開卡銷,同時分別記錄滑塊A、B運(yùn)動時間的計時器開始工作,當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時計時結(jié)束,記下A,B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動時間t1和t2.
(1)實驗中還應(yīng)測量的物理量是 。
(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達(dá)式是 ,上式中算得的A、B兩滑塊的動量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因是 。
導(dǎo)示: (1)B的右端至D板的距離L2
(2) ; 測量質(zhì)量、時間、距離等存在誤差,由于阻力、氣墊導(dǎo)軌不水平等造成誤差。
知識點(diǎn)二數(shù)據(jù)的測量與處理
1.?dāng)?shù)據(jù)測量:(1)用天平測m1和m2的質(zhì)量;(2)用刻度尺測量入射小球單獨(dú)平拋的水平距離和碰后平拋的水平距離,被碰小球被碰后平拋的水平距離。
2.?dāng)?shù)據(jù)處理:在本實驗中,巧妙地運(yùn)用了等效代換的方法.即用小球做平拋運(yùn)動的水平分位移代換平拋初速度,極為方便地代換出小球碰撞前后的速度大;由于本實驗僅限于研究系統(tǒng)在碰撞前后動量的關(guān)系,所以在研究時,各物理量的單位不一定要統(tǒng)一使用國際單位制單位。
【應(yīng)用2】(江蘇省啟東市07屆期中測試)如圖為實驗室中驗證動量守恒實驗裝置示意圖
(1)若入射小球質(zhì)量為m1,半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2,半徑為r2,則( )
A.m1> m2r1> r2 B.m1> m2r1< r2
C.m1> m2r1=r2 D.m1< m2r1=r2
(2)為完成此實驗,以下所提供的測量工具中必需的是________________。(填下列對應(yīng)的字母)
A.直尺 B.游標(biāo)卡尺 C.天平
D.彈簧秤 E.秒表
(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1,被碰小球的質(zhì)量為m2,P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置,則關(guān)系式(用m1、m2及圖中字母表示)________________成立,即表示碰撞中動量守恒。
(4)在實驗裝置中,若斜槽軌道是光滑的,則可以利用此裝置驗證小球在斜槽上下滑過程中機(jī)械能守恒,這時需要測量的物理量有:小球釋放初位置到斜槽末端的高度差h1;小球從斜槽末端做平拋運(yùn)動的水平移s、豎直高度h2,則所需驗證的關(guān)系式為:________。
導(dǎo)示:(1)C (2)AC
(3)
(4)
知識點(diǎn)三注意事項與誤差分析
1.實驗注意事項:(1)調(diào)整斜槽,使其末端的切線水平;(2)調(diào)節(jié)小支柱的高度,使入射小球和被碰小球的球心處于同一高度;(3)入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量;(4)入射小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放;(5)選質(zhì)量大的小球作入射球;(6)實驗中實驗桌、斜槽及白紙的位置始終不變。
2.誤差分析:(1)實驗中兩小球碰撞時,球心不在同一水平面上.使小球碰撞不是水平正碰,碰后小球不做嚴(yán)格地平拋運(yùn)動;(2)入射小球的釋放位置越高.兩小球碰撞時的內(nèi)力越大,動量守恒的誤差越小,由于碰撞瞬間摩擦力的影響.使碰撞中動量并不嚴(yán)格守恒;(3)實驗中用落點(diǎn)所在圓的圓心作為落點(diǎn)帶來了誤差,可采取多次碰撞的方法減小這種誤差。
【應(yīng)用3】在驗證碰撞中的動量守恒實驗中,設(shè)人射球、被碰球的質(zhì)量分別為m1、m2,半徑分別為r1、r2,為了減小實驗誤差,下列說法正確的是( )
A.m 1=m2,r1>r2
B.m1>m2,rl=r2
C.降低碰撞實驗器的高度
D.入射小球釋放點(diǎn)要適當(dāng)高一些
導(dǎo)示: 因要求對心碰撞,故r1=r2;碰后兩球同時做平拋運(yùn)動,故入射球碰后運(yùn)動方向不能改變,所以m1>m2;降低碰撞實驗器高度將減少平拋運(yùn)動的時間,從而減小水平射程,這樣做會增大測量的相對誤差;入射球釋放點(diǎn)位置適當(dāng)高一些會增大平拋的初速度,從而使水平射程增大,減小測量的偶然誤差。
答案應(yīng)選:BD。
檢驗斜槽末端是否水平的方法是:將小球放在斜槽末端的水平部分,看其是否有明顯的運(yùn)動傾向,若有則不水平,若無則水平。
1.“驗證動量守恒定律”的實驗裝置原來的教科書采用圖甲的方法,經(jīng)過編者修改后,現(xiàn)行的教科書采用圖乙的方法。兩個實驗裝置的區(qū)別在于 ① 懸掛重垂線的位置不同; ② 圖甲中設(shè)計有一個支柱(通過調(diào)整,可使兩球的球心在同一水平線上;上面的小球被碰離開后,支柱立即倒下),圖乙中沒有支柱。對于圖甲入射小球和被碰小球做平拋運(yùn)動的拋出點(diǎn)分別在通過 o、 o'點(diǎn)的豎直線上,重垂線只確定了o點(diǎn)的位置。比較這兩個實驗裝置,下列說法正確的是( )
A.采用圖甲的實驗裝置時,需要測出兩小球的直徑
B.采用圖乙的實驗裝置時,需要測出兩小球的直徑
C.為了減小誤差,采用圖甲的實驗裝置時,應(yīng)使斜槽末端水平部分光滑
D.為了減小誤差,采用圖乙的實驗裝置時,應(yīng)使斜槽末端水平部分光滑
2.(2008汕頭市一中期中) 用如圖所示裝置來驗證動量守恒定律,質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上,球心離地面高度為H;質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線栓好懸掛于O點(diǎn),當(dāng)細(xì)線被拉直時O點(diǎn)到球心的距離為L,且細(xì)線與豎直線之間夾角為α;A球由靜止釋放,擺到最低點(diǎn)時恰與B球發(fā)生正碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直線夾角為β處,B球落到地面上,地面上鋪有一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D,用來記錄B球的落點(diǎn)。
(1)用圖中所示各個物理量的符號表示碰撞前后A、B兩球的動量(設(shè)A、B兩球的碰前動量分別為PA、PB;碰后動量分別為PA′、PB′),則:PA= ; PA′= ;PB= ;PB′= 。
(2)請你提供兩條提高實驗的精度建議。
3.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點(diǎn)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(yùn)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(yùn)動,他設(shè)計的具體裝置如圖所示,在小車后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計時器電源頻率為 50 HZ,長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力。
(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖,并測得各計數(shù)點(diǎn)間距標(biāo)在圖上,A為起始運(yùn)動的第一點(diǎn),則應(yīng)選________段來計算A的碰前速度,而選_________段來計算 A和 B碰后的共同速度(以上兩格填“AB”“BC”“CD”或“DE”);
(2)已測得小車 A的質(zhì)量。m1=0.40 kg,小車 B的質(zhì)量m2=0.20 kg,由以上測量結(jié)果可得碰前總動量________kg?m/s,碰后總動量_______kg?m/s
答案:1、AD;2、(1)mA ; 0; mB ; (2)讓A球多次從同一位置擺下,求B球落點(diǎn)的平均位置 ;α 角取值不要太; A、B兩球質(zhì)量不要太。 A球質(zhì)量要盡量比B球質(zhì)量大 ;3、(1)BC、DE;(2)0.42、0.417


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