高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 动量守恒定律教学课件ppt
展开1.通过分析教材提供的实验方案,学习根据要求设计实验的方法.(科学探究)2.理解实验中速度测量的原理.(科学思维)3.通过设计创新实验方案培养学生的创新精神.(科学探究)
一、实验目的利用两个钢球的碰撞验证动量守恒定律.
二、实验原理1.速度测量原理:让小球1从斜槽上某一位置由静止下滑,到槽口末端小球做平抛运动,落地点为P,然后将小球2放在槽口前与槽口等高的立柱上,让小球1仍从同一位置由静止下滑,滑到槽口末端与小球2相撞,撞后两小球都向前做平抛运动,两小球的落点分别为M和N,小球下落的高度相同,根据平
验证动量守恒定律的装置图
2.验证原理:算出碰撞前的动量p=m1v1及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前、后动量是否相等.
想一想实验时需不需要测出或计算出小球做平抛运动的时间?提示 不需要,因为验证时时间约掉了.
三、实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等.四、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:按照实验原理安装实验装置,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.利用重垂线在白纸上分别标注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白纸平面的投影点O和O'.
4.单球找点: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上同一高度处自由滚下,使它们发生碰撞,重复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,如图所示.改变入射小球的释放高度,重复实验.
6.小球水平射程的测量:测量线段OP、OM、O'N的长度.
五、数据处理验证的表达式:m1·sOP=m1·sOM+m2·sO'N.六、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身是否符合要求,碰撞是否为一维.2.偶然误差:主要来源于对质量m和长度的测量.
七、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.
正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因.(1)利用斜槽验证动量守恒时,同一次实验释放小球的位置可以不同.( )答案 ×解析 为保证碰撞小球单独飞出时和碰撞时的速度相同,小球必须从同一位置由静止释放.(2)利用斜槽验证动量守恒的实验中必须测量两小球的质量.( )答案 √
(3)利用斜槽验证动量守恒时,两小球碰后的速度大小可以用它们做平抛运动的水平距离替代.( )答案 √(4)利用斜槽验证动量守恒时,斜槽末端不需要调整到水平.( )答案 ×解析 只有斜槽末端水平,才能保证小球碰前和碰后做平抛运动,进而用水平射程替代速度.
(5)利用斜槽验证动量守恒时,入射小球的质量可以小于被碰小球的质量.( )答案 ×解析 为保证入射小球碰后不反弹,其质量须大于被碰小球的质量.
例1某同学用如图所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证碰撞过程中的动量守恒,图中PQ是斜槽,QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹,重复这种操作10次.图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点,B球落点痕迹如图所示,其中刻度尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,刻度尺的零点与O点对齐.
(1)碰撞后B球的水平射程应取为 cm. (2)在以下选项中,本次实验必须进行的测量是 . A.水平槽上未放B球时,A球落点位置到O点的距离B.A球与B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离C.A球与B球的质量D.G点相对于水平槽面的高度
答案 (1)64.8 (2)ABC解析 (1)围绕10个落点所在的范围作最小的圆,其圆心即为平均落点,sB=64.8 cm.(2)还应测出未放B球时,A球落点位置到O点的距离,A球和B球碰撞后,A球落点位置到O点的距离及A、B两球的质量.
变式训练1某同学用图甲所示装置验证动量守恒定律.实验时先使A球从斜槽上某一固定位置由静止滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到A球单独滚下时的10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从同一固定位置由静止滚下,和B球碰撞后,A、B两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复操作10次,得到如图乙所示的三个落地点.
(1)请叙述用什么方法找出落地点的平均位置.并在图中读出sOP= . (2)已知mA∶mB=2∶1,碰撞过程中动量守恒,则由图可以判断出R是 球的落地点,P是 球的落地点. (3)用题中的字母写出验证动量守恒定律的表达式: .
答案 (1)用最小的圆把所有落点圈在里面,圆心即为落点的平均位置 13.0 cm(2)B A(3)mA·sOQ=mA·sOP+mB·sOR
解析 (1)用最小的圆把所有落点圈在里面,则此圆的圆心即为落点的平均位置.P处各落点的最小圆圆心在13.0 cm处.(2)R应是被碰小球B的落地点,P为入射小球A碰撞后的落地点.
例2某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成.
下面是实验的主要步骤:①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;②向气垫导轨中通入压缩空气;③接通光电计时器;
④把滑块2静止放在气垫导轨中间适当位置;⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间:滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms;⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200 g.
(1)实验中气垫导轨的作用是:A. ,B. . (2)碰撞前滑块1的速度v1为 m/s,碰撞后滑块1的速度v2为 m/s,滑块2的速度v3为 m/s.(结果均保留两位有效数字) (3)在误差允许的范围内,通过本实验能否验证动量守恒定律?通过对实验数据的分析说明理由. .
答案 (1)A.大大减小因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差 B.保证两个滑块的碰撞是一维的(2)0.50 0.10 0.60(3)见解析
解析 (1)气垫导轨大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差,且保证两个滑块的碰撞是一维的.(2)滑块1碰撞前的速度
(3)能验证动量守恒定律.理由:系统碰撞前的动量m1v1=0.15 kg·m/s,系统碰撞后的动量m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s,满足m1v1=m1v2+m2v3.
方案拓展三种创新方案的比较
变式训练2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,在小车A的前端粘有橡皮泥,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,如图甲所示.在小车A的后面连着纸带,电磁打点计时器的打点频率为50 Hz.
(1)若已得到打点纸带如图乙所示,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,在误差允许的范围内, (选填“能”或“不能”)验证动量守恒定律.
答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 (3)能
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黏在一起,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
故碰撞前,mAvA+mBvB=0.40×1.05 kg·m/s+0.20×0 kg·m/s=0.420 kg·m/s碰撞后,mAvA'+mBvB'=(0.40+0.20)×0.695 kg·m/s=0.417 kg·m/s.(3)数据处理表明,mAvA+mBvB=mAvA'+mBvB',即在实验误差允许的范围内,A、B系统的动量守恒,能验证动量守恒定律.
1.某同学用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验.斜槽末端的重垂线在白纸上所指的位置记为O点.先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,a球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球静止放在斜槽轨道末端,让a球仍从原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.各落点的平均位置如图甲所示,记为A、B、C点.
(1)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HB.小球a、b的质量ma、mbC.小球a、b的半径rD.小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE.记录纸上O点到A、B、C各点的距离sOA、sOB、sOCF.a球的固定释放点到斜槽轨道末端的高度差h
(2)根据实验要求,ma (选填“大于”“小于”或“等于”)mb.
(3)为测定未放小球b时,小球a落点的平均位置,把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐,图乙给出了小球a落点附近的情况,由图可得O点到B点的距离为 cm.
(4)按照本实验方法,要验证的等式是 .
答案 (1)BE(2)大于(3)45.95(45.93~45.97均正确)(4)ma·OB=ma·sOA+mb·sOC
解析 (1)必须测量小球a和b的质量ma、mb,B正确;小球重心离开水平轨道开始做平抛运动,高度一定,平抛时间一定,所以可以用水平射程表示平抛初速度,不需要测斜槽末端到水平地面的高度和平抛时间,而落点到O点的距离即为水平射程,没必要测小球的半径,所以E正确,A、C、D错误;只要保证a球每次下落的高度不变就可以,不需要测出高度差h,F错误.(2)为了防止出现A球反弹的现象,必须保证ma大于mb.
(3)用尽量小的圆,把a球的落点都圈起来,圆心就是a球落点的平均位置,由题图可知,O点到B点的距离为45.95 cm.
2.下图为气垫导轨上两个滑块A、B相互作用后运动过程的频闪照片,频闪的频率为10 Hz.开始两个滑块静止,它们之间有一根被压缩的轻弹簧,滑块用细绳连接,细绳烧断后,两个滑块向相反方向运动.已知滑块 A、B的质量分别为200 g、300 g,根据照片记录的信息,可知细绳烧断后,A滑块做 运动,其速度大小为 m/s.本实验中得出的结论是 .
答案 匀速直线 0.09 两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等
解析 由题图可知,细绳烧断后,A、B均做匀速直线运动,开始时vA=0,vB=0,规定向右方向为正方向,则A、B被弹开后vA'=-0.09 m/s,vB'=0.06 m/smAvA'=0.2×(-0.09) kg·m/s=-0.018 kg·m/smBvB'=0.3×0.06 kg·m/s=0.018 kg·m/s由此可得0=mBvB'+mAvA'结论是两滑块组成的系统在相互作用前后总动量相等.
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