高考物理一轮复习实验增分专题7验证动量守恒定律学案.doc
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1、1 / 13【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习实验增分专题精选高考物理一轮复习实验增分专题 7 7验证动量守恒定律学案验证动量守恒定律学案考纲要求考情分析命题趋势验证动量守恒定律2014全国卷,35(2)高考对本部分知识的考查主要以计算题的形式出现高考试题往往结合碰撞等实际过程综合考查实验原理和误差分析学习中要深刻理解验证动量守恒定律的原理和方法.知识梳理夯实基础一、实验目的验证碰撞中的动量守恒二、实验原理在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量 m1 和 m2 及碰撞前、后物体的速度 v1、v2 及 v1、v2,找出碰撞前的动量pm1v1m2v2 及碰撞后的动量 pm1v1m2
2、v2,看碰撞前、后动量是否守恒三、实验器材方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验气垫导轨、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、橡皮泥方案二:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥方案三:利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验2 / 13斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板四、实验步骤方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出滑块质量(2)安装:正确安装好气垫导轨,如图所示(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情
3、况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量;改变滑块的初速度大小和方向)(4)验证:一维碰撞中的动量守恒方案二:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小车的质量(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,如图所示(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(7)验证:一维碰撞中的动量守恒方案三:利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验(1)先用
4、天平测出小球质量 m1、m2.(2)按如图所示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度,且3 / 13碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后的速度方向水平(3)在地上铺一张白纸,在白纸上铺放复写纸(4)在白纸上记下重锤线所指的位置 O,它表示入射球 m1 碰前的位置(5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复 10 次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点的平衡位置 P.(6)把被碰小球放在斜槽的末端,让入射小球从同一高度滚下,使它发生正碰,重复
5、10 次,仿上一步骤求出入射小球落地点的平均位置 M 和被碰小球落地点的平均位置 N.(7)过 O 和 N 在纸上作一直线(8)用刻度尺量出线段 OM、OP、ON 的长度五、数据处理方案一:滑块速度的测量:v,式中 x 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),t 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间方案二:小车速度的测量:v,式中 x 是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,t 为小车经过 x 的时间,可由打点间隔算出方案三:把两小球的质量和相应的数值代入m1OPm1OMm2ON,看是否成立六、注意事项1前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 2方案提醒4
6、/ 13(1)若利用气垫导轨进行实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平(2)若利用摆球进行实验,两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内(3)若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞应注意:斜槽末端的切线必须水平;入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;选质量较大的小球作为入射小球;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3探究结论寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变七、误差分析1系统误差主要来源于装置本身是否符合要求:(1)碰撞是否为一维碰撞(2)实验是否满足动量守
7、恒的条件如气垫导轨是否水平,两摆球是否等大,长木板实验是否平衡掉摩擦力2偶然误差主要来源于质量 m 和速度 v 的测量核心考点分层突破考点 1 数据处理5 / 13例 1某同学用如图甲所示的气垫导轨来验证动量守恒定律,实验时用频闪照相机闪光 4 次拍得照片如图乙所示已知闪光时间间隔 t0.02 s,不计闪光本身持续时间,已知在这 4 次闪光的时间内滑块 A、B 均在 080 cm 范围内,第一次闪光时,A 恰好过x55 cm 处,B 恰好过 x70 cm 处,则由图可知:(1)两滑块在 x_60_cm 处相碰;(2)两滑块在第一次闪光后 t_0.01_s 时发生碰撞;(3)若碰撞过程中满足动量
8、守恒,则 A、B 两滑块的质量比为_.解析 (1)因在 4 次闪光照相中 B 只有两个位置,所以碰撞一定发生在 x60 cm 处(2)由于在 4 次闪光照相中 B 只有两个位置,A、B 相碰后 B 静止,碰后 A 在 t 时间内发生位移为 20 cm,所以碰后 A 由 60 cm处滑至 50 cm 处所用的时间为0.01 s,故第一次闪光后经t0.01 s 两者相碰(3)设碰撞前后 A 的速度大小分别为 vA、vA,碰撞前 B 的速度大小为 vB,由图可得 vAvB2vA,若满足动量守恒,所以有mBvBmAvAmAvA,解得.考点 2 实验原理例 2(2017河南郑州质检)如图,用“碰撞实验器
9、”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_C_(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 hB小球抛出点距地面的高度 H6 / 13C小球做平抛运动的射程(2)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影,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,测出平抛射程 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_ADE 或 DEA 或 DAE_
10、.(填选项前的符号)A用天平测量两个小球的质量 m1、m2(m1m2)B测量小球 m1 开始释放高度 hC测量抛出点距地面的高度 HD分别找到 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 m1OMm2ONm1OP 用(2)中测量的量表示;若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为_m1OM2m2ON2m1OP2_用(2)中测量的量表示解析 (1)因在 4 次闪光照相中 B 只有两个位置,所以碰撞一定发生在 x60 cm 处(2)由于在 4 次闪光照相中 B 只有两个位置,A、B 相碰后 B 静止,碰后 A 在 t 时间内发
11、生位移为 20 cm,所以碰后 A 由 60 cm处滑至 50 cm 处所用的时间为0.01 s,故第一次闪光后经t0.01 s 两者相碰(3)设碰撞前后 A 的速度大小分别为 vA、vA,碰撞前 B 的速度大小为 vB,由图可得 vAvB2vA,若满足动量守恒,所以有mBvBmAvAmAvA,解得.7 / 13考点 3 实验改进与创新例 3(2018山东济南质检)为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞,某同学选取了两个体积相同、质量相差比较大的小球,按下述步骤做了如下实验:用天平测出两小球的质量(分别为 m1 和 m2,且 m1m2);按图所示安装好实验器材,将斜槽 AB
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