2022年验证动量守恒定律 .pdf
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1、验证动量守恒定律一、目的:验证两小球碰撞中的动量守恒二、器材斜槽,两个大小相同而质量不等的小球,天平,刻度尺、重锤线、白纸、复写纸、圆规、游标卡尺三、原理大小相同,质量为 m1和m2的两个小球相碰,若碰前m1运动, m2静止,根据系统动量守恒定律有:m1v1=m1v1+ m2v2 。因小球从斜槽上滚下后做平抛运动,由平抛运动知识可知,只要小球下落的高度相同,在落地前运动的时间就相同,则小球的水平飞行距离跟做平抛运动的初速度成正比。所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离,代入公式就可以验证动量守恒定律。由于 v1、v1 、v2 均为水平方向,且它们的竖直下落高度都相等,所以它们飞行时
2、间也相等,若以该时间为时间单位,那么小球的水平射程的数值就等于它们的水平速度。在图中分别用OP、OM 和ON表示。因此只需验证:m1OP=m1OM+m2(ON-2r)即可。四、步骤名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 12 页 - - - - - - - - - 1在桌边固定斜槽(如图实8-1),使它的末端切线水平,并在它的末端挂上重锤线。在桌边的地板上铺上记录纸来记录小球的落地点,在纸上记下重锤线所指位置O点。2用天平测出入射球质量m1和被碰球质量 m2。3用
3、游标卡尺测出两球直径d(两球直径应相等),在纸上标出O点, OO=d。4不放被碰球 m2,让m1从斜槽顶点 A自由滚下,重复若干次记下落地点平均位置 P。5把被碰球 m2放在斜槽末端支柱上(如图实8-2),使两球处于同一高度,让 m1从A点自由滚下与 m2相碰,重复若干次,分别记下m1、m2落地点的平均位置 M、N。6用刻度尺分别测出OP,OM,ON,验证:是否成立。五、数据记录及处理(略)六、注意事项1入射球质量 m1应大于被碰球质量 m2。2两球发生正碰,碰后均做平抛运动,这要求通过调整支柱使两球等高。3入射球每一次都从同一高度无初速度释放。4在实验中,至少重复10次,用尽可能小的圆把各小
4、球的落点分别圈在里面,以确定小球落点的平均位置,其目的是为了减小实验误差。思考与注意:(1)小球 a、b的质量 ma、mb应该满足什么关系 ?为什么 ? ma mb,保证碰后两球都向前方运动;(2)放上被碰小球后 ,两小球碰后是否同时落地?如果不是同时落地 ,对名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 12 页 - - - - - - - - - 实验结果有没有影响?为什么 ?不同时落地,无影响,平抛的飞行时间相同;(3)如果两球相碰中有较大的动能损失,即不是弹性碰
5、撞,那么以上验证式还成立吗?为什么?成立,动量守恒。误差分析:质量、不水平、水平位移、立柱动量、初速度不为0、没有在同一位置释放小结:学生实验和练习中的环境不同,造成了b球的抛出点也不同,处理问题时一定要灵活对待:在学生实验中, a球的抛出点在斜面的边缘,b球的抛出点在立柱处。最终要验证的关系式是 m1OP=m1OM+m2(ON-2r )。因此,需要测小球的直径。在练习所反映的实验中,两球的抛出点相同,都在斜面的边沿处。最终要验证的关系式是Ma OB= maOA+ mbOC 。因此,不需要测小球的直径。七、例题分析例1:(2000全国)某同学用图实8-3-1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰
6、撞来验证动量守恒定律。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.图1中O点是水平槽末端 R在记录纸上的垂直投影点。B球落点的痕迹如图实8-3-2所示,其中米尺水平放置,且平行于 G、R、O所在平面,米尺的零点与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,哪些是本次实验必须进行的测量?答:_(填选项)。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,
7、共 12 页 - - - - - - - - - A水平槽上未放 B球时,测量 A球落点位置到 O点的距离BA球与 B球碰撞后,测量 A球落点位置到 O点的距离C测量 A球或B球的直径 D测量 A球和B球的质量 (或两球质量之比 )E测量 G点相对于水平槽面的高度解析:( 1)用最小的圆将 10个落点圈在里面,找准平均位置读数,结果为 64.7cm。(2)A、B选项是必须要测量的,A球和 B球的质量也是必须测量的,故A、B、D正确。本实验中, A、B两球碰后, B球从斜槽末端平抛,A球水平运动一段距离(2r)后也从斜槽末端平抛,因此入射球A与被碰球B的抛出位置同为斜槽末端O点,故不必测量 A、
8、B 球的直径。因此 C选项不必要。 G点相对于水平槽面的高度本身对实验没有影响,故D选项不必要。练习:某同学用下图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球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止,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. ab O A B C A B C H 45 46 47(1)本实验必须测量的物理量有以下哪些选项 _. A.斜槽轨道末端到水平地面的高度H B.小球 a、b的质量 ma、mb C.小球a、b的半径 r D.小
9、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 OA、OB、OC 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,这时小球 a、b的落地点依次是图中水平面上的 _点和_点.(2)为测定未放被碰小球时,小球a落点的平均位置 ,把刻度尺的零刻线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 12 页 - - - - - - - - - 跟记录纸上的 O点对齐 ,右图给出了小球 a落点附近的情况 ,由图可得 OB距离应为 _c
10、m.(3)按照本实验方法 ,验证动量守恒的验证式是:_.例2:在“ 碰撞中的动量守恒 ” 实验中,仪器按要求安装好后开始实验,第一次不放被碰小球,第二次把被碰小球直接静止放在斜槽末端的水平部分,在白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C(如图实 8-4),设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2,则下列说法中正确的有:A第一、二次入射小球的落点依次是A、BB第一、二次入射小球的落点依次是B、AC第二次入射小球和被碰小球将同时落地D m1AB= m2OC解:最远的 C点一定是被碰小球的落点,碰后入射小球的速度将减小,因此选 B;由于被碰小球是放在斜槽末端的,因此被碰小球飞
11、出后入射小球才可能从斜槽末端飞出,两小球不可能同时落地;由动量守恒得m1OB= m1OA+m2OC,选 D。答案是 BD 。例3、(2002北京 ) 在做“ 碰撞中的动量守恒 ” 试验中,关于小球落点的说法正确的是A如果小球每一次都从同一点无初速释放,重复几次的落点应是重合的B由于偶然因素度的存在,重复操作时小球的落点不重合是正常的,但落点应当比较密集C测定落点 P的位置时,如果重复10次,应该测出每次落点与O的值,然后取平均值,即D用半径尽量小圆把P1、P2P10圈住,这个圆的园心就是入射球点的平均位置 P(八)习题 11在做 “ 验证碰撞中的动量守恒” 实验中,不需测量的物理量有:A入射小
12、球和被碰小球的直径B入射小球和被碰小球的质量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 12 页 - - - - - - - - - C入射球开始滚下时的初位置与碰撞前位置的高度差D入射球未碰撞时飞出的水平距离2.在“ 碰撞中的动量守恒 ” 实验中,用游标卡尺测量直径相同的两小球的直径,读数示意图如图实8-5(甲)所示,小球落点的测量结果如图实 8-5(乙)所示,入射小球与被碰小球的质量之比MA:MB=3:2,则小球直径为 cm。碰撞结束时两小球动量大小之比为Pa:P
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