2025届高考物理一轮复习课件：实验：验证动量守恒定律

问题1.动量守恒定律表达式？ 问题2.动量守恒定律条件？ m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ 系统不受外力或系统受外力的合力为零 问题3:如何验证其动量守恒？ 要测量哪些量？ 实验七 验证动量守恒定律 方案一:利用气垫导轨验证 方案三：利用长木板上两车碰撞验证 方案二：利用斜槽滚球完成验证 一.实验原理 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ 二.实验方案 方案一:利用气垫导轨验证 实验器材: 气垫导轨、数字计时器、天平、滑块、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等 三种方式分别探究 ②如图，在滑块两端装上弹簧,使两滑块相互碰撞。 ③如图，在两滑块上分别装上撞针和橡皮泥，二者相碰撞后粘在一起。 ①如图，用细线将弹簧片拉成弓形，放在两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，两滑块随即向相反方向运动。 该实验过程如何确定系统F合=0？ 导轨一定要水平 （一）研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 实验装置如图所示。将斜槽固定在铁架台上，使槽的末端水平。让入射小球从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个被碰小球发生正碰。 1.两个小球的质量和体积大小有没有要求？ 2.怎样测量两球碰撞前后瞬间的速度呢？ 3.实验中是否可以不测量速度的具体数值？ 4.实验装置中的重垂线起什么作用？ 5.如何记录并测量小球飞出的水平距离？ 6.需要验证动量守恒的关系式是什么？ （二）研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 实验目的 （1）验证动量守恒定律。 （2）体会将不易测量的物理量转换为易测量的物理量的实验设计思想。 实验器材 斜槽轨道、半径相等的钢球和玻璃球、白纸、复写纸、 小铅锤、天平（附砝码）、毫米刻度尺、圆规。 实验装置示意图 （二）研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 5 实验原理与设计 质量分别为 m1和 m2的两小球 A、B 发生正碰，若碰撞前球A的速度为v1，球B静止，碰撞后的速度分别为v1'和 v2'，根据动量守恒定律，应有：m1v1= m1v1' + m2v2' 。 可采用“探究平抛运动的特点”实验中测量平抛初速度的方法，设计实验装置如图所示。让球A从同一位置C释放，测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，再测出球 A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON， 如图所示。 只要验证m1lOP = m1lOM + m2lON，即可验证动量守恒定律。 实验步骤 （1）取两个大小相同的小球，用天平测出两个小球的质量m1、m2。 （2）将斜槽固定在桌边并使其末端水平。在地板上铺白纸和复写纸，通过小铅锤将斜槽末端在纸上的投影记为点O。 （3）首先让球A从斜槽点C由静止释放，落在复写纸上，如此重复多次。 （4）再将球B 放在槽口末端，让球A从点C由静止释放， 撞击球 B，两球落到复写纸上，如此重复多次。 （5）取下白纸，用圆规找出落点的平均位置点P、 点M和点N，用刻度尺测出lOP、lOM 和lON。 （6）改变点C 位置，重复上述实验步骤。 数据分析及讨论 （1）将测量的数据记入你设计的表格中，并分析数据，形成结论。 （2）分析该实验中实验误差的主要来源，并提出减小实验误差的方法。除气垫导轨和小球碰撞实验外，你还能想到其他实验方案吗? 方案二：利用长木板上两车碰撞完成验证 1．实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥． 2.实验过程 (1)测质量 (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，如图 (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，把两小车连接成一个整体运动．通过纸带上两计数点间的距离及时间，算出速度． (4)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (5)验证： m1v1＝(m1+m2)v共 该实验过程如何确定系统F合=0？ 平衡摩擦 方案三：利用斜槽滚球完成验证 1．实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等． m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 实验过程 (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)如图所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽末端切线水平。 (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)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。 (6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入自制的表中。计算m1OP及m1OM＋m2ON，看在误差允许的范围内是否相等。 三、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． 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验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平 (2)若利用两小车相碰进行验证，要平衡阻力． (3)若利用平抛运动规律进行验证： 误差: 主要为测量、计算误差 1.用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片． (1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是______． (2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行． 第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为Δt2，滑块B通过光电门2的时间为Δt3. 第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为Δt5. (1)使其中一个滑块在导轨上运动，看滑块经过两光电门的时间是否相等，若相等，则导轨水平　 2．如图5，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． (1)下列器材选取或实验操作符合实验要求的是 A．可选用半径不同的两小球 B．选用两球的质量应满足m1>m2 C．小球m1每次必须从斜轨同一位置释放 D．需用秒表测定小球在空中飞行的时间 (2)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．小球开始释放的高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的水平射程 BC C (3)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影点．实验时，先将入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，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静止放在轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相撞，并多次重复． 还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 (4)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，那么还应该满足的表达式为________________________[用(2)中测量的量表示]． ADE　 m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　 3.如图所示是用来验证动量守恒定律的实验装置，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，弹性球1、2的质量m1、m2. (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) 立柱高h　桌面离水平地面的高度H 4.在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置示意图如图（a）所示。请完成下列题目: （1）本实验必须满足的条件是 _______。 A. 斜槽轨道的斜面必须是光滑的 B. 斜槽轨道末端的切线是水平的 C. 球a每次都要从同一高度由静止释放 D. 碰撞的瞬间，球a与球b的球心连线与轨道末端的切线平行 （2）本实验必须测量的物理量有 _______。 A. 斜槽轨道末端到水平地面的高度H B. 球a、b的质量ma、mb C. 球a、b的半径r D. 球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E. 记录纸上点O到A、B、C各点的距离 F. 球 a 的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差 h （3）按照本实验方法，验证动量守恒定律的关系式是___________________________。 （4）为测定未放球 b 时球 a 落点的平均位置，把刻度尺的 0 刻度线跟记录纸上的点 O 对齐， 图（b）给出了球 a 落点附近的情况。由图可得 OB 距离应为 _______ cm。 （5）若再测得 OA = 2.68 cm，OC = 11.50 cm，已知 a、b 两球的质量比为 2∶1，则系统碰撞后总动量p′与碰撞前总动量p的百分误差×100% = ______% 。 BCD 8.55 1.4 5.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验，实验装置如图（a）所示。在小车M的前端粘有橡皮泥，给小车一初速度使之做匀速运动，之后与原来静止的小车N相碰并粘成一体，二者继续做匀速运动。在小车M后连接着纸带，打点计时器使用电源的频率为50Hz，长木板一端垫着小木片以平衡摩擦力。 （1）若已得到打点纸带并测得各计数点间距如图（b）所示。A为运动起点，则应选择 段来计算小车M碰撞前的速度，应选择 段来计算小车M和小车N碰撞后的共同速度。 （均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”） （2）已测得小车M的质量m1= 0.40 kg，小车N的质量m2= 0.20 kg，由以上测量结果可得系统碰撞前总动量为_______kg·m/s，碰撞后总动量为______kg·m/s。由此得出结论： _________。 6.有研究者用下列方式验证动量守恒定律。如图（a）所示，在气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A和B相对的侧面皆有弹簧片，滑块 A 左侧与连接打点计时器的纸带相连，滑块B上端固定有遮光片，光电计时器可记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1= 0.310kg，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源的频率 f = 50Hz。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，使它与滑块B相碰撞；碰撞后光电计时器显示的时间 ΔtB = 3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图（b） 所示。 若实验允许的相对误差绝对值（×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？请写出运算过程。 $$