2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 实验七验证动量守恒定律 对应学生用书第111 页 一 实验目的 验证动量守恒定律 二 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 三 实验方案 器材 步骤及数据处理 实验方案1 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 橡皮泥等 图实 7 1 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 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 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 数据处理 1 滑块速度的测量 v x t 式中 x为滑块挡光片的宽度 仪器说明书上给出 也可直接 测量 t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 实验方案2 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 实验器材 带细线的摆球 两套 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶布等 实验步骤 1 测质量 用天平测出两小球的质量m1 m2 2 安装 把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 图实 7 2 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 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 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可用刻度 尺测量 也可由量角器和摆长计算出 2 验证的表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 实验方案3 在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 实验器材 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 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 图实 7 3 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 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 x t 算出速度 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 数据处理 1 小车速度的测量v x t 式中 x是纸带上两计数点间的距离 可用刻度尺测量 t为 小车经过 x的时间 可由打点间隔算出 2 验证的表达式m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 实验方案4 利用斜槽上滚下的小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 刻度尺 圆规等 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 图实 7 4 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 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 4 放球找点 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 如图实 7 5所示 图实 7 5 6 验证 连接ON 测量线段OP OM ON的长度 将测量数据填入表中 最后代入 m1 OP m1 OM m2 ON 看在误差允许的范围内是否成立 7 结束 整理好实验器材放回原处 数据处理 验证的表达式 m1 OP m1 OM m2 ON 四 注意事项 1 前提条件 碰撞的两物体应保证 水平 和 正碰 2 探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 五 误差分析 1 系统误差 主要来源于装置本身是否符合要求 1 碰撞是否为一维 2 实验是否满足动量守恒的条件 如气垫导轨是否水平 两球是否等大 用长木板 实验时是否平衡掉摩擦力 2 偶然误差 主要来源于质量m和速度v的测量 对应学生用书第112 页 考点一 实验原理与操作 如图实 7 6 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 7 6 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 2 图中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静置于轨道的水平部分 再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放 与小球 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 m2相碰 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 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 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 解析 1 小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定 即v x t 而由H 1 2gt 2 知 每 次竖直高度相等 平抛时间相等 即m1 OP t m1 OM t m2 ON t 则可得m1 OP m1 OM m2 ON 故只需测量射程 因而选C 2 由表达式知 在OP已知时 需测量m1 m2 OM和ON 故必要步骤A D E 3 若为弹性碰撞 同时还满足机械能守恒 1 2 m1 OP t 2 1 2m 1 OM t 2 1 2m 2 ON t 2 m1 OP 2 m1 OM 2 m2 ON 2 答 案 1 C 2 ADE 3 m1 OM m2 ON m1 OPm1 OM 2 m2 ON 2 m1 OP 2 某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验 先将a球从斜槽轨道上某固 定点处由静止开始滚下 在水平地面上的记录纸上留下压痕 重复10 次 再把同 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上 让a球仍从固定点由静止开始滚 下 和b球相碰后 两球分别落在记录纸的不同位置处 重复10 次 1 本实验必须测量的物理量有 A 斜槽轨道末端距水平地面的高度H B 小球a b的质量ma mb C 小球a b的半径r D 小球a b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E 记录纸上O点到A B C各点的距离OA OB OC F a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h 2 放上被碰小球b 两球 ma mb 相碰后 小球a b的落地点依次是图中水平面 上的 点和 点 3 某同学在做实验时 测量了过程中的各个物理量 利用上述数据验证碰撞中的动 量守恒 那么判断的依据是看 和 在误差允许范围内是否相等 解析 1 B点是不发生碰撞时a球的落地点 A点是发生碰撞后a球的落地点 C 点是碰后b球的落地点 设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB 与球b发生 碰撞后的瞬时速度大小为vA 碰后b球的速度大小为vC 本实验就是要验证关系式 mavB mavA mbvC是否成立 因为小球做平抛运动的高度相同 下落时间相同 它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比 所以本实验也可以验证 ma OB ma OA mb OC是否成立 B E 正确 2 两球碰撞后 a球在水平方向上的分速度较小 下落时间相同时 落地时的水平 位移也较小 所以小球a b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点 3 根据 1 的分析 判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看ma OB和 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 ma OA mb OC在误差允许范围内是否相等 答案 1 BE 2 AC 3 ma OBma OA mb OC 考点二 数据处理与误差分析 现利用图实 7 7 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 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 tB 3 500 ms 碰撞前后打出的纸 带如图 b 所示 a b 图实 7 7 若实验允许的相对误差绝对值 碰撞前后总动量之差 碰前总动量 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 解析 按定义 滑块运动的瞬时速度大小v为 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 v s t 式中 s为滑块在很短时间 t内走过的路程 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为 tA 则 tA 1 f 0 02 s tA可视为很短 设滑块A在碰撞前 后瞬时速度大小分别为v0 v1 将 式和图给 实验数据代入 式得 v0 2 00 m s v1 0 970 m s 设滑块B在碰撞后的速度大小为v2 由 式有 v2 d tB 代入题给实验数据得 v2 2 86 m s 设两滑块在碰撞前 后的总动量分别为p和p 则 p m1v0 p m1v1 m2v2 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 p p p p 100 联立 式并代入有关数据 得 p 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 答案 见解析 某同学设计了一个用打点计时器 探究碰撞中的不变量 的实验 在小车A的前端 2019 届高考物理一轮复习讲义 2019 届高考物理一轮复习讲义 粘有橡皮泥 设法使小车A做匀速直线运动 然后与原来静止的小车B相碰并粘在 一起继续做匀速运动 如图所示 在小车A的后面连着纸带 电磁打点计时器的频 率为 50 Hz 1 若已得到打点纸带如图所示 并测得各计数点间的距离 则应选图中 段 来计算A碰前的速度 应选 段来计算A和B碰后的速度 2 已测得小车A的质量mA 0 40 kg 小车B的质量mB 0 20 kg 则由以上结 果可得碰前mAvA mBvB kg m s 碰后mAvA mBvB kg m s 3 从实验数据的处理结果来看 A B碰撞的过程中 可能哪个物理量是不变的 解析 1 因为小车A与B碰撞前 后都做匀速运动 且碰后A与B粘在一起 其共 同速度比A原来的速度小 所以 应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算A碰 前的速度 选点迹分布均匀且点距较小的DE段计算A和B碰后的速度 2 由题图可知 碰前A的速度和碰后A B的共同速度分别为 vA 10 50 10 2 0 02 5 m s 1 05 m s vA vB 6 95 10 2 0 02 5 m s 0 695 m s 故碰撞前 mAvA mBvB