2018高三一轮总复习,物 理,提高效率 创造未来 铸就辉煌,必考部分 力学/1-7章,第七章 碰撞与动量守恒,实验7 验证功量守恒定律,栏 目 导 航,1,2,3,抓知识点,抓重难点,课时跟踪检测,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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒 三、实验器材 方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧计、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等 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、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等,四、实验步骤 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如下图所示)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,方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如右图) 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 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,方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如下图),方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如下图所示),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：按照上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P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.如下图所示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m1OPm1OMm2ON，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,2验证的表达式 方案一、二、三：m1v1m2v2m1v1m2v2. 方案四：m1OPm1OMm2ON. 六、注意事项 1前提条件 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,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；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，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,例 1,(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、 Fa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(mamb)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,(多选)如图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,例 2,气垫导轨是一种常用的实验仪器，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的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如下图所示(弹簧的长度忽略不计)，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，由电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上,例 3,d用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1 e按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块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挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2 (1)实验中还应测量的物理量是_ (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，产生误差的原因是_(写出一条即可),现利用下图(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 实验测得滑块A的质量m10.310 kg，滑块B的 质量m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm； 打点计时器所用交流电的频率f50.0 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tB3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示,例 4,某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动他设计的装置如下图甲所示在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力,例 5,(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)A为运动的起点，则应选_段来计算A碰前的速度，应选_段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”) (2)已测得小车A的质量m10.4 kg，小车B的质量为m20.2 kg，则碰前两小车的总动量为_kgm/s，碰后两小车的总动量为_kgm/s. 【解析】 (1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度,如右图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 6,(1)还需要测量的量是_、_和_ (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),在验证动量守恒定律的实验中，某同学用如下图所示的装置进行如下的实验操作：先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于槽口处使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O； 将木板向远离槽口平移一段距离，再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上得到痕迹B；,例 7,然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端，小球a仍从原来挡板处由静止释放，与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C； 用天平测量a、b的质量分别为ma、mb，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3. (1)小球a与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C，其中小球a撞在木板上的_点(填“A”或“C”) (2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为_(仅用ma、mb、y1、y2、y3表示),