高考物理一轮复习文档第7章 动量守恒定律 实验专题七 第34讲 含答案Word文件下载.docx
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(4)把被碰小球放在槽口末端,然后让入射小球从原高度滚下与被碰小球碰10次,用圆规分别找出入射小球和被碰小球落点的平均位置,标为M、N。
(5)用天平测出两个小球的质量m1、m2,用刻度尺测出、、。
(6)将数据代入m1·
,验证碰撞过程中的动量是否守恒。
如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。
(1)入射小球1与被碰小球2直径相同,均为d,它们的质量相比较,应是m1________m2。
(2)为了保证小球做平抛运动,必须调整斜槽使________________。
(3)以下提供的器材中,本实验必须用到的有________(填选项前的字母)。
A.刻度尺B.游标卡尺
C.天平D.秒表
(4)继续实验步骤为:
A.在地面上依次铺白纸和复写纸。
B.确定重锤对应点O。
C.不放球2,让球1从斜槽滑下,确定落点位置P。
D.把球2放在立柱上,让球1从斜槽滑下,与球2正碰后,确定球1和球2落点位置M和N。
E.用刻度尺量出、、。
F.比较m1+m2与m1,验证动量守恒。
上述步骤有几步不完善或有错误,请指出并写出相应的正确步骤。
____________________________________________________________。
解析
(1)为了避免m1被反弹回来,应使m1>m2。
(2)碰撞前后应使小球速度沿水平方向,故应使斜槽末端切线水平。
(3)测水平距离来表示速度大小,应该有刻度尺;
求动量应该知道质量大小,应有天平。
(4)应使球1从同一位置由静止释放。
水平距离应该从球心位置开始算。
答案
(1)>
(2)斜槽末端切线水平 (3)AC
(4)D不完善,小球1应从斜槽的同一高度由静止释放;
F错误,应验证:
m1=m1+m2(-d)
方法感悟
(1)入射小球A和被碰小球B的大小应完全相同,且m1>
m2。
(2)入射小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止滚下。
(3)斜槽末端切线方向必须水平,被碰小球放在斜槽末端边缘处。
(4)两球碰撞时,球心应等高(或在同一水平线上)。
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。
(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、、
F.a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(ma>
mb)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。
答案
(1)BE
(2)A C
(3)ma·
ma·
+mb·
解析
(1)计算动量应该知道质量大小和速度大小(用水平距离表示)。
(2)碰撞后,b球的速度大,水平距离大,落地点为C点;
a球的速度小,水平距离小,落地点为A点。
(3)若动量守恒,则ma·
=ma·
。
考点二 数据处理与误差分析
1.数据处理
本实验运用转换法,即将测量小球做平抛运动的初速度转换成测平抛运动的水平位移;
由于本实验仅限于研究系统在碰撞前后动量的关系,所以各物理量的单位不必统一使用国际单位制单位。
2.误差分析
(1)系统误差
主要来源于装置本身是否符合要求,即:
①碰撞是否为一维碰撞。
②斜槽末端切线是否水平,从而保证做平抛运动。
(2)偶然误差
主要来源于质量m和水平位移x的测量。
如图所示,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)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.小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影。
实验时,先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放,找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程。
然后,把被碰小球m2静置于轨道的水平部分,再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放,与小球m2相碰,并多次重复。
接下来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、
(3)经测定,m1=45.0g,m2=7.5g,小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。
碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′,则p1∶p1′=________∶11;
若碰撞后m2的动量为p2′,则p1′∶p2′=11∶________。
实验结果表明,碰撞前、后总动量的比值为________。
(4)有同学认为,在上述实验中仅更换两个小球的材质(质量不变),其他条件不变,可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。
请你用(3)中已知的数据,分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程的最大值为________cm。
解析
(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定,即v=,而由H=gt2知,每次竖直高度相等,所以平抛时间相等,则有m1·
+
m2·
,可得m1·
故只需测量射程,因而选C。
(2)由表达式知:
在已知时,需测量m1、m2、和,故必要步骤有A、D、E。
(3)p1=m1·
,p1′=m1·
,联立可得
p1∶p1′=∶=44.80∶35.20=14∶11
p2′=m2·
则p1′∶p2′=∶=11∶2.9
故=≈1.01
(4)其他条件不变,使最大,则m1、m2发生弹性碰撞,则其动量和机械能均守恒,有
m1v0=m1v1+m2v2,mv=m1v+m2v
可得v2=
而v2=,v0=
故=·
=×
44.80cm=76.80cm。
答案
(1)C
(2)ADE (3)14 2.9 1.01 (4)76.80
在实验过程中一定要使实验尽可能符合动量守恒的条件,即系统受到的合外力为零或某一方向系统受到的合外力等于零。
我们常采用气垫导轨来减小摩擦阻力,达到理想的实验效果。
若用小球的碰撞实验验证动量守恒,则要保证小球的碰撞是对心碰撞,并且让主碰球的质量大于被碰球的质量。
“验证碰撞中的动量守恒”实验的装置示意图如图所示,斜槽与水平槽平滑连接。
实验时先不放B球,使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下,落到位于水平地面上的记录纸上并留下痕迹,再把B球静置于水平槽末端边缘处,让A球仍从C处由静止滚下,A球和B球碰撞后分别落在记录纸上并留下各自的痕迹,记录纸上的O点是铅垂线所指的位置。
若测得各落点痕迹到O点的距离分别为OM=2.68cm,=8.62cm,=11.50cm,已知A、B两球的质量之比为2∶1,则未放B球时A球的落地点是记录纸上的________点,系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p′的百分误差=________%(结果保留一位有效数字)。
答案 P 2
解析 放上被碰小球B后,碰后A球的速度一定比未放B球时小,落点离O点最近,而小球B的质量较小,碰后速度应大些,故未放被碰小球B时,A球的落点应为P点,==2%。
考点三 实验改进与创新
用斜槽验证动量守恒定律是本实验主要的考查方式,除此之外验证动量守恒定律的方法还有很多,可以用气垫导轨,还可以用等长悬线悬挂等大的小球完成。
一般考查实验步骤、动量守恒定律的表达式及实验的注意事项。
方案一、利用气垫导轨和光电门完成实验
1.实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
如图所示。
(1)用天平测出滑块质量。
(2)正确安装好气垫导轨和各种实验器材。
(3)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(①改变滑块的质量。
②改变滑块的初速度大小和方向)。
3.数据处理
(1)滑块速度的测量:
v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。
(2)验证的表达式:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。
方案二、利用两辆小车在光滑木板上完成实验
光滑长木板、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。
2.实验步骤
(1)用天平测出两小车的质量。
(2)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。
(3)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。
(4)测速度:
通过纸带上两计数点间的距离及时间,由v=算出速度。
(5)改变条件:
改变碰撞条件,重复实验。
(1)小车速度的测量:
v=,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δt为小车经过Δx的时间,可由打点间隔算出。
m1v=(m1+m2)v′。
方案三、利用等长摆球的一维碰撞完成实验
带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、刻度尺、坐标纸、胶布等。
(1)用天平测出两小球的质量m1、m2。
(2)把两个等大的小球用等长悬线悬挂起来(静止时两小球刚好接触)。
(3)一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰。
(4)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)改变碰撞条件,重复实验。
(1)摆球速度的测量:
v=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起)的高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。
m1v1=m1v1′+m2v2′。
气垫导轨工作时,可忽略滑块与导轨表面间的阻力影响,现借助其验证动量守恒定律,在水平气垫
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