2022版高考物理一轮复习-第六章-动量和动量守恒定律-实验八-验证动量守恒定律学案-新人教版.doc
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1、2022版高考物理一轮复习 第六章 动量和动量守恒定律 实验八 验证动量守恒定律学案 新人教版2022版高考物理一轮复习 第六章 动量和动量守恒定律 实验八 验证动量守恒定律学案 新人教版年级:姓名:- 10 -实验八验证动量守恒定律一、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,算出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2,看碰撞前后动量是否相等。二、实验器材斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线。三、实验步骤(1)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)按照如图甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端
2、水平。(3)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)不放被撞小球,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小球所有的落点都圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端,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。如图乙所示。(6)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m1m1m2,看在误差允许的范围内是否成立。(7)整理好实验器材,放回原处。(8)实验结论:在实验误差允许范围内
3、,碰撞系统的动量守恒。四、数据处理验证表达式:m1m1m2。五、注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平;(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;(3)选质量较大的小球作为入射小球;(4)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。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一教材原型实验例1(2020江苏启东中学期末)某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验,气垫导轨装置如图甲所示。甲(1)下面是实验的主要步骤:安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;向气垫导轨内通入压缩空气;把打点计时器固定在紧靠气垫
4、导轨左端弹射架的外侧,将纸带穿过打点计时器越过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1拖着纸带移动时,纸带始终在水平方向;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;先接通打点计时器的电源,然后放开滑块1,让滑块1带动纸带一起运动;取下纸带,重复步骤,选出一条较理想的纸带,如图乙所示;乙测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g,滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g;试完善实验步骤的内容。(2)已知打点计时器每隔0.02 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0.620 kgm/s;两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为0.618
5、 kgm/s。(结果均保留三位有效数字)(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦。解析(1)先接通打点计时器的电源,然后放开滑块1。(2)滑块1与弹簧分离后做匀速运动,跟滑块2发生碰撞后一起做匀速运动,根据纸带的数据得,碰撞前滑块1的动量为p1m1v10.310kgm/s0.620 kgm/s,滑块2的动量为零,所以碰撞前的总动量为0.620 kgm/s;碰撞后滑块1、2速度相等,所以碰撞后的总动量为p2(m1m2)v2(0.3100.205)kgm/s0.618 kgm/s。(3)主要原因是纸带与打点计时器间有摩擦力的作用。变式训练1某同学用图甲所示的装置来验
6、证动量守恒定律,A、B为半径相同的小球(mAmB),图中PQ是斜槽,QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一位置G由静止释放,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹。多次重复上述操作,得到多个落点痕迹。再把B球放在水平槽末端,让A球仍从位置G由静止释放。两球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,多次重复该操作。图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹如图乙所示,图中米尺的零刻度线与O点对齐(未画出)。(1)碰撞后B球的水平射程应为65.5(0.3) cm;(2)以下选项中的物理量是本次实验中必须测量的是ABD。(填选项前的字母)AA球未与B球碰撞时的平均落点到O点
7、的距离BA球与B球碰撞后的平均落点到O点的距离CA球和B球的直径DA球和B球的质量E水平槽面相对于O点的高度解析(1)由题图乙可知,取B球落点的平均位置,则碰撞后B球的水平射程应为65.5 cm;(2)本实验需要验证的方程是mAmAmB(其中的K、N、M分别是A球碰撞前的平均落点、A球碰撞后的平均落点以及B球碰撞后的平均落点),则需要测量的物理量有两球的质量mA、mB,水平槽上未放B球时,A球平均落点位置到O点的距离,A球与B球碰撞后,两球的平均落点位置到O点的距离和,故A、B、D正确,C、E错误。考点二实验拓展创新验证动量守恒实验创新主要是两种途径:(1)用新器材实现实验方式的创新,比如使用
8、气垫导轨来减少摩擦力对实验的影响。(2)从实验模型角度进行创新,因此所有满足动量守恒定律的模型均可以用来验证动量守恒。例2为了验证碰撞过程中的动量和能量是否守恒,某中学高三物理兴趣小组找来了一端倾斜、另一端水平的光滑轨道,如图所示。在距离水平部分高为h处和水平部分安装了1、2两个光电门,然后找来两个直径均为d但质量分别为mA和mB的小球A、B进行实验。先将小球B静置在水平轨道上两光电门之间,让小球A从倾斜轨道上较高位置释放,光电门1记录了小球A碰撞前后通过的时间t1、t1,光电门2记录了碰后小球B通过的时间t2。通过对实验结果的分析可知mA小于(填“大于”“小于”或“等于”)mB,若满足关系式
9、,则说明碰撞过程中能量守恒。如果两小球的位置互换,该实验能(填“能”或“不能”)成功。解析本题考查利用弧形导轨和光电门探究动量守恒定律。由题意可知,两个直径相同的小球在光滑的水平面上发生碰撞,要验证系统动量守恒,则必定要测出碰撞前后小球的速度,由于小球A通过光电门1的时间有两个,则说明小球A碰撞前后两次通过光电门1,即碰撞后小球A的速度反向,则小球A的质量小于小球B的质量;由机械能守恒定律可以求出两个小球碰撞前后v2gh2,v2gh2,v2,若碰撞前后机械能守恒,则有mAvmAvmBv,将以上各式代入并化简可得。若把两球的位置互换,则碰撞后B球不会反弹,但B球碰后可以通过光电门2,则仍可求出碰
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