还剩29页未读，
继续阅读
成套系列资料，整套一键下载
2024年高考物理第一轮复习课件：第六章 实验八 验证动量守恒定律
展开
这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第六章 实验八 验证动量守恒定律，共37页。PPT课件主要包含了教材原型实验，实验原理与操作，ADE，m2·ON，数据处理与分析，导轨不水平右端高，实验创新设计，实验器材创新，答案见解析，实验目的创新等内容，欢迎下载使用。
1．实验目的(1)掌握动量守恒的条件。(2)验证碰撞中的动量守恒。2．实验思路(1)物理量的测量确定研究对象，明确所需测量的物理量和实验器材，测量物体的质量和两个物体发生碰撞前后各自的速度。
(2)数据分析选定实验方案，设计实验数据记录表格，测出并记录物体的质量和发生碰撞前后各自的速度，计算碰撞前后的总动量，代入公式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′进行验证。(3)实验方案方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞。实验装置如图所示。
a．用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(如图甲所示)。b．在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(如图乙所示)，可以得到能量损失很小的碰撞。c．在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，两个滑块连成一体运动(如图丙所示)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。
⑤器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光片)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平。方案二：利用斜槽实现两小球的一维碰撞。如图甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。
①质量的测量：用天平测量质量。②速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1′＋m2s2′相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。
③让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。④器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。3．实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装实验装置。(3)使物体发生碰撞。(4)测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度，填入预先设计好的表格中。(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)(4)。(6)进行数据处理，通过分析比较，验证动量守恒定律。(7)整理器材，结束实验。
1．数据处理为了验证动量守恒定律，将实验中测得的物理量填入如下表格。
(1)方法：将表格中的m1、m2、v1、v2、v1′和v2′等数据代入m1v1＋m2v2和m1v1′＋m2v2′进行验证。(2)结论：在实验误差允许的范围内，m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′即可验证动量守恒定律。2．误差分析(1)系统误差①碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
②碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。(2)偶然误差：测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减少偶然误差的影响。3．注意事项(1)保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。
(2)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。(3)利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量。
【例1】 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律。
(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1________(选填“大于”“等于”或“小于”) m2。(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时，先让入射小球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静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的字母)
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放的高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．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]。
m1·OP＝m1·OM＋
[解析] (1)为防止碰撞后入射小球反弹，实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。(2)如果碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得m1v1＝m1v2＋m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，所以实验需要测量：两球的质量、两球落点的水平位移，故选A、D、E。(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
【例2】 (2022·山东东营模拟)如图所示是用气垫导轨验证动量守恒定律的实验装置，滑块1的质量m1＝0.20 kg，滑块2的右端面固定一小块橡皮泥，其总质量m2＝0.10 kg。两滑块上均装有宽度d＝0.50 cm的遮光条，在两滑块间合适位置装有光电门1，在滑块2左侧适当位置装有光电门2。将滑块1置于导轨右端，然后用橡皮锤水平敲击滑块1，滑块1经过光电门1，光电计时器显示的时间为0.050 s，滑块1与滑块2碰撞后粘在一起，碰撞后滑块2与滑块1先后经过光电门2，光电计时器先后显示的时间分别为0.068 s和0.065 s。请回答下列问题。
(1)对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞前系统的总动量为________________ kg·m/s，碰撞后系统的总动量为________kg·m/s。(计算结果均保留两位有效数字)
(2)由(1)中计算结果可以看出，碰撞前后系统的总动量并不完全相等，你认为产生这一差异的原因是________________________。
【例3】 现利用图(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ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。
[创新评价] 本题的创新点体现在：一是利用气垫导轨代替长木板，利用光电门代替打点计时器，提高了实验的精确度；二是在数据处理与分析环节，利用相对误差评价实验结果。
【例4】 如图甲所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下：①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；②将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；③让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角；④多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值；⑤换不同挡位测量，并将结果填入下表。
完成下列填空。(1)现测得高速挡指针最大偏角如图乙所示，请将表中数据补充完整：θ＝_______________________。
22.6(22.4～22.8均正确)
(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v＝_______________。(已知重力加速度为g)(3)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由：_____________________________________________。
以较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能
[创新评价] 本实验在碰撞过程动量守恒的基础上，利用动量守恒定律和机械能守恒定律计算弹丸的发射速度。体现了物理知识和物理实验的创新性和综合性。
【例5】 用如图所示装置来“探究碰撞中的不变量”，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，球心离地面高度为H；质量为mA的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角为α；球A由静止释放，摆到最低点时恰与球B发生正碰，碰撞后，A球把轻质指示针C推移到与竖直直线之间夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，用来记录球B的落点。
(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B两球的速度(设A、B两球碰前的速度分别为vA、vB，碰后速度分别为vA′、vB′)，则vA＝___________________，vA′＝ ___________________ ，vB＝________，vB′＝________。(2)请你提供两条提高实验精度的建议：_____________________________________________________________________________________________________________。
[创新评价] 本实验将平抛运动和圆周运动相结合，根据机械能守恒定律，利用圆周运动和平抛运动获取碰撞前后的速度进行验证。
[答案] (2)见解析
1．实验目的(1)掌握动量守恒的条件。(2)验证碰撞中的动量守恒。2．实验思路(1)物理量的测量确定研究对象，明确所需测量的物理量和实验器材，测量物体的质量和两个物体发生碰撞前后各自的速度。
(2)数据分析选定实验方案，设计实验数据记录表格，测出并记录物体的质量和发生碰撞前后各自的速度，计算碰撞前后的总动量，代入公式m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′进行验证。(3)实验方案方案一：用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞。实验装置如图所示。
a．用细线将弹簧片压缩，放置于两个滑块之间，并使它们静止，然后烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动(如图甲所示)。b．在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(如图乙所示)，可以得到能量损失很小的碰撞。c．在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，两个滑块连成一体运动(如图丙所示)，这样可以得到能量损失很大的碰撞。
⑤器材：气垫导轨、光电计时器、滑块(带挡光片)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平。方案二：利用斜槽实现两小球的一维碰撞。如图甲所示，让一个质量较大的小球从斜槽上滚下来，与放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞，之后两小球都做平抛运动。
①质量的测量：用天平测量质量。②速度的测量：由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等。如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只需测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s1，以及碰撞后入射小球与被碰小球在空中飞出的水平距离s1′和s2′。若在实验误差允许的范围内m1s1与m1s1′＋m2s2′相等，就验证了两个小球碰撞前后的不变量。
③让小球从斜槽的不同高度处开始滚动，进行多次实验。④器材：斜槽、两个大小相等而质量不等的小球、铅垂线、白纸、复写纸、刻度尺、天平、圆规。3．实验步骤不论采用哪种方案，实验过程均可按实验方案合理安排，参考步骤如下：(1)用天平测量相关碰撞物体的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装实验装置。(3)使物体发生碰撞。(4)测量或读出碰撞前后相关的物理量，计算对应的速度，填入预先设计好的表格中。(5)改变碰撞条件，重复步骤(3)(4)。(6)进行数据处理，通过分析比较，验证动量守恒定律。(7)整理器材，结束实验。
1．数据处理为了验证动量守恒定律，将实验中测得的物理量填入如下表格。
(1)方法：将表格中的m1、m2、v1、v2、v1′和v2′等数据代入m1v1＋m2v2和m1v1′＋m2v2′进行验证。(2)结论：在实验误差允许的范围内，m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′即可验证动量守恒定律。2．误差分析(1)系统误差①碰撞是否为一维碰撞，是产生误差的一个原因，设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
②碰撞中是否受其他力(例如摩擦力)的影响是带来误差的又一个原因，实验中要合理控制实验条件，避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。(2)偶然误差：测量和读数的准确性带来的误差，实验中应规范测量和读数，同时增加测量次数，取平均值，尽量减少偶然误差的影响。3．注意事项(1)保证两物体发生的是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。
(2)若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时注意应利用水平仪确保导轨水平。(3)利用平抛运动进行实验，斜槽末端必须水平，且小球每次从斜槽上同一位置由静止滚下；入射小球质量要大于被碰小球质量。
【例1】 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律。
(1)实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1________(选填“大于”“等于”或“小于”) m2。(2)图中O点是小球抛出点在地面上的投影。实验时，先让入射小球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静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复本操作。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的字母)
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放的高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别通过画最小的圆找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．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]。
m1·OP＝m1·OM＋
[解析] (1)为防止碰撞后入射小球反弹，实验中质量为m1的入射小球和质量为m2的被碰小球的质量关系是m1大于m2。(2)如果碰撞过程系统动量守恒，以水平向右为正方向，由动量守恒定律得m1v1＝m1v2＋m2v3，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，上式两边同时乘以t得m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，所以实验需要测量：两球的质量、两球落点的水平位移，故选A、D、E。(3)由(2)可知，实验需要验证的表达式为：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。
【例2】 (2022·山东东营模拟)如图所示是用气垫导轨验证动量守恒定律的实验装置，滑块1的质量m1＝0.20 kg，滑块2的右端面固定一小块橡皮泥，其总质量m2＝0.10 kg。两滑块上均装有宽度d＝0.50 cm的遮光条，在两滑块间合适位置装有光电门1，在滑块2左侧适当位置装有光电门2。将滑块1置于导轨右端，然后用橡皮锤水平敲击滑块1，滑块1经过光电门1，光电计时器显示的时间为0.050 s，滑块1与滑块2碰撞后粘在一起，碰撞后滑块2与滑块1先后经过光电门2，光电计时器先后显示的时间分别为0.068 s和0.065 s。请回答下列问题。
(1)对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞前系统的总动量为________________ kg·m/s，碰撞后系统的总动量为________kg·m/s。(计算结果均保留两位有效数字)
(2)由(1)中计算结果可以看出，碰撞前后系统的总动量并不完全相等，你认为产生这一差异的原因是________________________。
【例3】 现利用图(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ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。
[创新评价] 本题的创新点体现在：一是利用气垫导轨代替长木板，利用光电门代替打点计时器，提高了实验的精确度；二是在数据处理与分析环节，利用相对误差评价实验结果。
【例4】 如图甲所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下：①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；②将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；③让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角；④多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值；⑤换不同挡位测量，并将结果填入下表。
完成下列填空。(1)现测得高速挡指针最大偏角如图乙所示，请将表中数据补充完整：θ＝_______________________。
22.6(22.4～22.8均正确)
(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v＝_______________。(已知重力加速度为g)(3)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由：_____________________________________________。
以较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能
[创新评价] 本实验在碰撞过程动量守恒的基础上，利用动量守恒定律和机械能守恒定律计算弹丸的发射速度。体现了物理知识和物理实验的创新性和综合性。
【例5】 用如图所示装置来“探究碰撞中的不变量”，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，球心离地面高度为H；质量为mA的钢球A用细线拴好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L，且细线与竖直线之间夹角为α；球A由静止释放，摆到最低点时恰与球B发生正碰，碰撞后，A球把轻质指示针C推移到与竖直直线之间夹角为β处，B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D，用来记录球B的落点。
(1)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B两球的速度(设A、B两球碰前的速度分别为vA、vB，碰后速度分别为vA′、vB′)，则vA＝___________________，vA′＝ ___________________ ，vB＝________，vB′＝________。(2)请你提供两条提高实验精度的建议：_____________________________________________________________________________________________________________。
[创新评价] 本实验将平抛运动和圆周运动相结合，根据机械能守恒定律，利用圆周运动和平抛运动获取碰撞前后的速度进行验证。
[答案] (2)见解析
相关课件
2024届高考物理一轮总复习第六章碰撞与动量守恒实验六验证动量守恒定律课件： 这是一份2024届高考物理一轮总复习第六章碰撞与动量守恒实验六验证动量守恒定律课件，共32页。PPT课件主要包含了基本原理与操作，图S6-1，同一高度，的范围内是否成立，实验注意事项，图S6-3，答案1AD，验等任选一种即可，图S6-4，B斜面的倾角θ等内容，欢迎下载使用。
2024年高考物理一轮复习第六章实验六验证动量守恒定律课件： 这是一份2024年高考物理一轮复习第六章实验六验证动量守恒定律课件，共32页。PPT课件主要包含了基本原理与操作，图S6-1，同一高度，的范围内是否成立，实验注意事项，图S6-3，答案1AD，验等任选一种即可，图S6-4，B斜面的倾角θ等内容，欢迎下载使用。
高中物理高考 实验八 验证动量守恒定律 课件练习题： 这是一份高中物理高考 实验八 验证动量守恒定律 课件练习题，共60页。PPT课件主要包含了弹性碰撞，m1LE＝，m1LD＋m2LF，导轨不平右端高等内容，欢迎下载使用。
