高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 實(shí)驗(yàn)16 驗(yàn)證動(dòng)能守恒定律課件

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1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證一維碰撞中的動(dòng)量守恒2探究一維彈性碰撞的特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v，找出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2，看碰撞前、后動(dòng)量是否守恒三、實(shí)驗(yàn)器材除了利用斜槽進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)外，還有另外幾種方案：方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等方案三：光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥四、實(shí)驗(yàn)步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量2安

2、裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌3實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的初速度大小和方向) 4驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量m1、m2. 2安裝：把兩個(gè)等大小球用等長懸線懸掛起來 3實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下后它們相碰 4測(cè)速度：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度 5改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn) 6驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒 方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn) 1測(cè)

3、質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量 2安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥 3實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車A運(yùn)動(dòng)，小車B靜止，兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng). 五、注意事項(xiàng)1前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”2方案提醒：(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平(2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)(3)若利用長木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力3探究結(jié)論：尋找的不變量必

4、須在各種碰撞情況下都不改變六、本實(shí)驗(yàn)中的誤差分析1系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求，即：(1)碰撞是否為一維碰撞(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長木板實(shí)驗(yàn)是否平衡了摩擦力 2偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測(cè)量 改進(jìn)措施：(1)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守恒的條件 (2)采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)【例1】在利用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中，可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差的因素有()A導(dǎo)軌安放不水平B小車上擋光板傾斜C兩小車質(zhì)量不相等D兩小車碰后連在一起解析ABA項(xiàng)中導(dǎo)軌不水平，小車速度將受重力影響B(tài)項(xiàng)中

5、擋光板傾斜導(dǎo)致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移，導(dǎo)致速度計(jì)算出現(xiàn)誤差.要點(diǎn)二創(chuàng)新導(dǎo)航【例2】某同學(xué)用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，先將球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次再把同樣大小的球b放在斜槽軌道水平段的最右端處靜止，讓球a仍從原固定點(diǎn)由靜止開始滾下，且與球b相碰，碰后兩球分別落在記錄紙的不同位置，重復(fù)10次(本實(shí)驗(yàn)中的斜槽軌道摩擦可以忽略不計(jì)) (2)放上被碰小球b，兩球(mamb)相碰后，小球a、b的平均落點(diǎn)位置依次是題圖中的_點(diǎn)和_點(diǎn) (3)某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心把a(bǔ)、b兩小球位置換了，即把質(zhì)量較大的a球(質(zhì)量為

6、ma)當(dāng)成了被碰球，把質(zhì)量較小的b球(質(zhì)量為mb)當(dāng)成了入射球，結(jié)果b球單獨(dú)滾下時(shí)平均落點(diǎn)為C點(diǎn)，而b球與a球相撞后b球和a球的平均落點(diǎn)分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)(如圖所示)解析解答本題應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)原理，從而確定必測(cè)物理量及檢驗(yàn)公式，同時(shí)注意各小球?qū)?yīng)的落地位置故可得以上各空的答案 1在利用懸線懸掛等大小球探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是() A懸掛兩球的細(xì)繩長度要適當(dāng)，且等長 B由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確計(jì)算小球碰前速度 C兩小球必須都是鋼性球，且質(zhì)量相同 D兩小球碰后可以粘合在一起共同運(yùn)動(dòng) 2在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，也可以探索mv2這個(gè)量(對(duì)應(yīng)于動(dòng)能)的變化情況 (1)若采用弓形彈片

7、彈開滑塊的方案，如圖甲所示，彈開后的mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)彈開前mv2的總量，這是因?yàn)開 (2)若采用圖乙的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量說明彈性碰撞中_守恒 (3)若采用圖丙的方案，碰撞前mv2的總量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的總量說明非彈性碰撞中，存在_損失解析(1)當(dāng)采用甲圖方案時(shí)，彈開前后，彈片的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變成了滑塊的動(dòng)能故mv2的總量變大(2)采用乙圖方案時(shí)，由機(jī)械能守恒定律知，碰撞前后，動(dòng)能保持不變(3)采用丙圖方案時(shí)，在碰撞過程中一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，mv2的總量將變小【答案】(1)大于彈片的彈

8、性勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K動(dòng)能，滑塊動(dòng)能增加(2)等于機(jī)械能(3)大于機(jī)械能 3某同學(xué)用如圖所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中PQ是斜槽，QR為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡重復(fù)這種操作10次圖甲中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊 (1)碰撞后B球的水平射

9、程應(yīng)取為_cm； (2)在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量？ 答_(填選項(xiàng)號(hào)) A水平槽上未放B球時(shí)，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 BA球與B球碰撞后，測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離 C測(cè)量A球或B球的直徑 D測(cè)量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比) E測(cè)量O點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度 (3)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)入射小球在斜槽上釋放點(diǎn)的高低對(duì)實(shí)驗(yàn)影響的說法中正確的是() A釋放點(diǎn)越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B釋放點(diǎn)越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測(cè)量的相對(duì)誤差越小，兩球速度的測(cè)量越準(zhǔn)確C釋放點(diǎn)越高，兩球相碰后，相互作用的內(nèi)力越大，碰撞前后動(dòng)量之差越小，誤差越小D釋放點(diǎn)越高，入射

10、小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱螅壍缹?duì)被碰小球的阻力越小【答案】(1)65.7(65.565.9均可)(2)ABD(3)C 4有甲、乙兩輛小車，質(zhì)量分別為m1302 g，m2202 g，甲小車拖有紙帶，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄它的運(yùn)動(dòng)情況，乙小車靜止在水平桌面上，甲小車以一定的速度向乙小車運(yùn)動(dòng)，跟乙小車發(fā)生碰撞后粘合在一起共同運(yùn)動(dòng)這個(gè)過程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄的點(diǎn)跡如下圖所示，在圖上還標(biāo)出了用刻度尺量出的各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz. (1)從紙帶上的數(shù)據(jù)可以得出：兩車碰撞過程經(jīng)歷的時(shí)間大約為_s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)碰前甲車的質(zhì)量與速度的乘積大小為_ kgm/s，碰后兩

11、車的質(zhì)量與速度的乘積為_ kgm/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (3)碰撞過程中，兩車的質(zhì)量與速度的乘積如何變化？解析本題通過分析紙帶來確定甲車速度的變化，考查數(shù)據(jù)的處理能力及運(yùn)算能力從紙帶上0點(diǎn)開始每0.02 s內(nèi)甲車位移分別為13.2 mm、13.5 mm、13.5 mm、12.6 mm、11.7 mm、10.8 mm、9.9 mm、9 mm、8.1 mm、8 mm、8 mm.(1)從以上數(shù)據(jù)可知從第3點(diǎn)到第8個(gè)點(diǎn)是碰撞過程，則t50.02 s0.10 s，該段時(shí)間內(nèi)甲車做減速運(yùn)動(dòng)【答案】(1)0.10(2)0.2020.203(3)見解析 5.某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中

12、兩擺擺長相同，懸掛于同一高度，A、B兩擺球均很小，質(zhì)量之比為1 2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其側(cè)面剛好接觸向右上方拉動(dòng)B球使其擺線伸直并與豎直方向成45角，然后將其由靜止釋放結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng)，且最大擺角為30.若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為4%，此實(shí)驗(yàn)是否成功地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律【答案】見解析 6某同學(xué)利用兩個(gè)半徑相同的小球及斜槽探究碰撞中的不變量，主要步驟如下： 用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量m132.6 g、m220.9 g記下斜槽末端在水平面上的投影O. 不放置被碰小球，讓入射小球m1從某位置由靜止釋放，記下m1的落地點(diǎn)P. 把被碰小球m2放置于斜槽末端(如圖所示)，讓小球m1從同一位置由靜止釋放，記下小球m1、m2的落地點(diǎn)M、N. 把被碰小球m2的左面粘上一小塊膠布，然后重復(fù)步驟. 測(cè)量各自的水平射程，記錄在下表中OPOMON不粘膠布時(shí)不粘膠布時(shí)56.0 cm12.5 cm67.8 cm粘膠布時(shí)粘膠布時(shí)56.0 cm20.4 cm55.3 cm【答案】見解析