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类型浙江专版2019版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核实验19探究碰撞中的不变量学案.doc

  • 上传人(卖家):flying
  • 文档编号:35972
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    资源描述:

    1、【 精品教育资源文库 】 实验 19 探究碰撞中的不变量 (加试 ) 考纲解读 (1)尝试设计实验方案 , 知道实验需要测量的物理量和所需器材。 (2)根据不同的实验方案设计实验记录表 , 收集并正确记录数据。 (3)分析实验数据 , 得出实验结论。 实验原理 在一维碰撞中 , 测出物体的质量 m 和碰撞前后物体的速度 v、 v , 找出碰撞前的动量 p m1v1 m2v2及碰撞后的动量 p m1v1 m2v2, 看碰撞前后动量是否守恒。 实验器材 方案一: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。 方案二:带细线的摆球 (两套 )、

    2、铁架 台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 方案三:光滑长木板、打点计时器、纸带、小车 (两个 )、天平、撞针、橡皮泥。 方案四:斜槽、小球 (两个 )、天平、复写纸、白纸等。 实验步骤 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 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。 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:利用等长 悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 1.测质量:用天平测出两小球的质量 m1、 m2。

    3、【 精品教育资源文库 】 2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。 3.实验:一个小球静止 , 拉起另一个小球 , 放下后它们相碰。 4.测速度: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.改变条件:改变碰撞条件 , 重复实验。 6.验证:一维碰撞中的动量守恒。 方案三:在光滑 桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 (如图所示 ) 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。 3.实

    4、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 x t算出速度。 5.改变条件:改变碰撞条件 , 重复实验。 6.验证:一维碰撞中的动量守恒。 数据处理 1.速度的测量 方案一:滑块速度的测量: v x t, 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:摆球速度的测量: v 2gh, 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

    5、长计算出 )。 方案三:小车速度的测量: v x t, 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。 2.验证的表达式 方案一、二、三 : m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 。 注意事项 【 精品教育资源文库 】 1.前提条件 碰撞的两物体应保证 “ 水平 ” 和 “ 正碰 ” 。 2.方案提醒 (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 , 两小球静止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 。

    6、(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。 考点一 实验原理及实验操作 1.(多选 )在利用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验中 , 下列操作正确的是 ( ) A.相互作用的两车上 , 一个装上撞针 , 一个装上橡皮泥 , 是为了改变两车的质量 B.相互作用的两车上 , 一个装上撞针 , 一个装上橡皮泥 , 是为了

    7、使两车碰撞后粘在一起 C.先接通打点计时器的电源 , 再释放拖动纸带的小车 D.先释放拖动纸带的小车 , 再接通打点计时器的电源 解析 改变小车的质量可以加砝码 , 装上撞针和橡皮泥 , 这样做是为了使两车碰撞后粘在一起 , 有共同的速度 , 选项 A 错误 , B 正确;打点计时器的使用原则是先接通电源 , 再释放纸带 , 选项 C 正确 , D 错误。 答案 BC 2.在做 “ 验证动量守恒定律 ” 实验时 , 入射球 a 的质量为 m1, 被碰球 b 的质量为 m2, 小球的半径为 r, 各球的落地点如图所示 , 下列关于这个实验的说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A.入

    8、射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球 B.让入射球与被碰球连续 10 次相碰 , 每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下 C.要验证的表达式是 m1 ON m1 OM m2 OP D.要验证的表达式是 m1 OP m1 OM m2 ON 解析 在此装置中 , 应 使入射球的质量大于被碰球的质量 , 防止入射球反弹或静止 , 故 A错误;入射球每次必须从斜槽的同一位置由静止滚下 , 保证每次碰撞都具有相同的初动量 ,故 B 错误; 两球做平抛运动时都具有相同的起点 , 故应验证的关系式为: m1OP m1 OM m2 ON,D 正确 , C 错误。 答案 D 3.(2017 湖州模拟

    9、)某同学用如图所示装置验证动量守恒定律 , 用轻质细线将小球 1 悬挂于O 点 , 使小球 1 的球心到悬点 O 的距离为 L, 被碰小球 2 放在光滑的水平台面上。将小球 1从右方的 A 点 (OA 与竖直方向的夹角为 )由静止释放 , 摆到最低点时恰与小球 2 发生正 碰 ,碰撞后,小球 1 继续向左运动到 C 位置 , 小球 2 落到水平地面上到台面边缘水平距离为 s的 D 点。 (1)实验中已经测得上述物理量中的 、 L、 s, 为了验证两球碰撞过程动量守恒 , 还应该测量的物理量有 _。 (2)请用测得的物理量结合已知物理量来表示碰撞前后小球 1、小球 2 的动量 p1 _;p1 _

    10、; p2 _; p2 _。 解析 根据机械能守恒定律计算碰前和碰后小球 1 的速度 , 根据 平抛运动规律计算碰后小球2 的速度 , 最后根据 p mv 计算各个动量值。 答案 (1)小球 1 的质量 m1、小球 2 的质量 m2、桌面的高度 h、 OC 与 OB 的夹角 【 精品教育资源文库 】 (2)m1 2gL( 1 cos ) m1 2gL( 1 cos ) 0 m2s2h/g 4.用如图所示的装置也可以完成 “ 探究碰撞中的不变量 ” 实验。 (1)若实验中选取的 A、 B 两球半径相同 , 为了使 A、 B 发生一维碰撞 , 应使两球悬线长度_, 悬点 O1、 O2之间的距离等于

    11、 _。 (2)若 A、 B 两球的半径不相同 , 利用本装置能否完成实验?如果你认 为能完成,请说明如何调节? 解析 (1)为了保证一维碰撞 , 碰撞点应与两球同在一条水平线上 , 故两球悬线长度相等 ,O1、 O2之间距离等于球的直径。 (2)如果两球的半径不相等 , 也可完成实验。调整装置时 , 应使 O1、 O2之间距离等于两球的半径之和 , 两球静止时 , 球心在同一水平高度上。 答案 (1)相等 球的直径 (2)见解析 考点二 数据处理及误差分析 1.(多选 )在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中 , 可导致实验误差的因素是 ( ) A.导轨安放不 水平 B.小车上挡光板倾斜 C.

    12、两小车质量不相等 D.两小车碰后连在一起 解析 选项 A 中 , 导轨不水平 , 小车速度将受重力分力的影响 , 从而导致实验误差;选项 B中 , 挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移 , 使计算速度出现误差 ,而 C、 D 中对探究不会造成误差。 答案 AB 2.某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车 A 的前端粘有橡皮泥 , 推动小车 A 使之做匀速直线运动 , 然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并粘合成一体 ,继续做匀速直线运动。他设计的装置如图甲所示。在小车 A 后连着纸带 , 电磁 打点计时器所用电源频率为 50 Hz, 长木板下垫着薄木片

    13、以平衡摩擦力。 【 精品教育资源文库 】 (1)若已测得打点纸带如图乙所示 , 并测得各计数点间距 (标在图上 ), 则应选 _段来计算 A 碰前的速度。应选 _段来计算 A 和 B 碰后的共同速度 (选填 “ AB” 或 “ BC” 或“ CD” 或 “ DE”) 。 (2)已测得小车 A 的质量 mA 0.4 kg, 小车 B 的质量为 mB 0.2 kg。由以上测量结果可得:碰前 mAvA _kg m/s;碰后 (mA mB)v 共 _kg m/s。由此得出的结论是_ _。 (本题计算结果均保留三位有效数字 ) 解析 (1)小车碰前做匀速直线运动 , 打出纸带上的点应该是间距均匀的 ,

    14、 故计算小车碰前的速度应选 BC 段。 CD 段上所打的点由稀变密 , 可见在 CD 段 A、 B 两小车相互碰撞。 A、 B碰撞后一起做匀速直线运动 , 所以打出的点又是间距均匀的 , 故应选 DE 段计算碰后的速度。 (2)碰撞前: vA BC t0.105 00.1 m/s 1.050 m/s, 碰撞后: vA vB v 共 DE t0.069 50.1 m/s 0.695 m/s。 碰撞前: mAvA 0.41.05 kg m/s 0.420 kg m/s 碰撞后: (mA mB)v 共 0.600.695 kg m/s 0.417 kg m/s 由于 0.4200.417 由此得出的 结论是:在误差允许的范围内 , 一维碰撞过程中 , 两物体的速度与质量的乘积的和保持不变。 答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 结论见解析 3.(2017 金华模拟 )在一

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