资源简介 (共30张PPT)第一章 动量守恒定律第4节 实验:验证动量守恒定律第2课时 数据处理与创新任务1 数据处理情境引入课本“参考案例1”中的气垫导轨如图所示。图中两滑块上分别装有遮光片,遮光片的宽度为 。气垫导轨的框架上安装有光控开关,并与计时装置相连,构成光电计时装置。从遮光片穿入光电门将光挡住开始计时,穿过光电门后不再挡光则停止计时,记录的时间为 。问题引领1.滑块的速度如何计算?[答案] 滑块通过光电门时,光电计时器记录宽度为 的遮光片的遮光时间 ,那么可以计算出遮光片经过光电门的平均速度 ,由于遮光片的宽度很小,通过光电门的时间很短,往往以此平均速度当作滑块经过光电门时的瞬时速度。2.如何区分滑块碰撞前后的速度 [答案] 比较碰撞前后滑块通过光电门的时间长短。知识生成碰撞前后滑块在气垫导轨上的运动都是①_______________,因此我们测量滑块匀速运动的速度即可,假设滑块通过光电门的时间为 ,滑块上面遮光片的宽度为 ,则滑块的速度 ②_ ____。匀速直线运动应用探究[活动]根据纸带求碰撞前后的动量例1 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:将打点计时器固定在光滑的长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车 的后面。让小车 运动,小车 静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,如图1,碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后,先接通电源然后轻推小车 ,使 获得一定的速度,打点计时器在纸带上打下一系列的点,已知电源频率为 。(1)实验中打出的纸带如图2所示,并测得各计数点间距标在图上,则应选______段计算 的碰前速度;应选______段计算 和 碰后的共同速度(选填“ ”、“ ”或“ ” )。(2)已测得小车 的质量 ,小车 的质量 ,由以上测量结果可得:碰前 _______ ;碰后 _______ 。(计算结果保留2位有效数字)(3)由以上实验结果可知,在误差允许的范围内, 碰撞过程中_______________不变。系统的总动量[解析] (1) 与 碰后粘在一起,速度减小,相等时间内的间隔减小,可知应选择BC段来计算 的碰前速度,应选择DE段计算 和 碰后的共同速度。(2) 碰前的速度 ,碰后共同速度 ,碰前: 。碰后: 。可知在误差允许范围内, 、 碰撞过程中,系统的总动量保持不变。分析问题碰撞前的总动量怎么求?碰撞后的总动量怎么求?【提示】碰撞前小车 静止,所以碰撞前的总动量等于碰撞前小车 的动量;碰撞后两小车粘合成一体,可用整体法计算碰撞后的总动量。任务2 数据分析情境引入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 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 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上,让 球仍从固定点由静止开始滚下,和 球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处,重复10次。问题引领1.本实验必须测量的物理量有_@12@_____。(填写选项对应的字母)A.斜槽轨道末端距水平地面的高度B.小球 、 的质量 、C.小球 、 的半径D.小球 、 离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间E.记录纸上 点到 、 、 各点的距离 、 、F. 球固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差BE[解析] 小球离开轨道后做平抛运动,小球在空中的运动时间 相等,如果碰撞过程动量守恒,则有 ,两边同时乘以时间 ,得 ,则有 ,因此实验需要测量两球的质量和两球做平抛运动的水平位移, 、 两项正确。2.放上被碰小球 ,两球 相碰后,小球 、 的落地点依次是图中水平面上的____点和____点。[解析] 由图示装置可知,小球 和小球 相撞后,小球 的速度增大,小球 的速度减小, 球在前, 球在后,两球都做平抛运动,由图示可知,未放被碰小球时小球 的落地点为 点,碰撞后 、 的落地点分别为 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。[解析] 由(1)可知,实验需要验证的表达式为 ,因此比较 与 即可判断动量是否守恒。知识生成碰撞前、后,小球离开斜槽轨道末端的运动都是③___________,因为小球离地高度均相同,故它们的落地时间均④_______,测量小球的水平射程即可求出碰撞前后的速度。平抛运动相同应用探究[活动 ]误差分析例2 图片所示为验证动量守恒的装置,气垫导轨上放置两个总质量(包括遮光条,一滑块固定有弹簧)分别为 和 的滑块,实验时将两滑块紧压保持静止,松手后分别向左、右运动,左右各有一个光电门,可将滑块运动经过光电门时遮光条的遮光时间显示出来,设遮光时间分别为 和 。(1)为了计算滑块速度,还需要测量出遮光条的宽度,下图为某同学用游标卡尺测量的结果,则遮光条的宽度为 ______ 。(2)若某小组没有游标卡尺,无法测量遮光条宽度,所以同学甲认为实验无法完成,而同学乙通过对比发现两遮光条宽度相同,所以认为实验可以完成。你支持谁的观点?如果不能完成请说明理由,如果能完成,请写出需要验证的表达式。3.45支持乙同学的观点 (3)在某次实验中,最后求得的系统总动量向左,则造成这一结果的原因可能是 ______。A.气垫导轨没有调平,左侧高于右侧B.气垫导轨没有调平,左侧低于右侧C.两滑块没有同时释放,先释放左侧滑块D.两滑块没有同时释放,先释放右侧滑块[解析] (1)遮光条的宽度为 。(2)设遮光条的宽度为 ,则滑块经过光电门时的速度分别为 , ,要验证动量守恒,只要满足 ,联立可得 。(3)系统总动量向左,由动量定理可知,合外力的冲量向左,则造成这一结果的原因可能是气垫导轨没有调平,左侧低于右侧,重力的分力有向左的冲量,也可能是两滑块没有同时释放,先释放左侧滑块,右侧滑块对它有向左的冲量, 、 两项正确。分析问题(1)用游标卡尺测量长度,读数需不需要估读?(2)该实验的误差来源是什么?【提示】(1)不需要。(2)测量误差、气垫导轨不水平等。例3 为了验证动量守恒定律,某同学选取了两个材质相同、粗糙程度相同、体积不等的滑块 和 ,按下述步骤进行实验:①用天平称出两滑块的质量分别为 、 ;②把一根足够长的平直轨道放置在水平桌面上,用细线悬挂滑块 ,调节悬点 的位置,使得 静止时刚好与轨道接触但之间没有挤压,在悬点 正下方 点处固定一锋利刀片,同时紧靠 放置滑块 ,如图所示;[活动 ]实验创新③把滑块 拉离平衡位置使悬线与竖直方向成一定角度,同时记录滑块 所处位置 ,释放 ,滑块 和 将发生碰撞,然后测出滑块 和 在水平轨道上滑行的距离 、 ;④撤掉滑块 ,再把 拉至 点位置,释放 ,再次测出 在水平轨道上滑行的距离 。(1)滑块 两次要从同一位置 释放的理由是__________________________________________________________。(2)_________(选填“需要”或“不需要”)测定滑块与轨道间的动摩擦因数。(3)用测得的物理量来表示,只要满足关系式_ __________________________,则说明碰撞中动量守恒。要用第二次测定的数据表示第一次滑块 与 碰前的速度大小不需要[解析] (1)根据实验所测数据知滑块 两次要从同一位置 释放的理由是要用第二次测定的数据表示第一次滑块 与 碰前的速度大小,即 ,则 。(2)由于选取了两个材质相同、粗糙程度相同的滑块,它们与轨道间的动摩擦因数相同,两滑块碰后根据动能定理有 , ,解得 , ,要验证动量守恒,应该有 ,代入 、 、 ,有 ,动摩擦因数消掉了,故不需要测定动摩擦因数。(3)根据(2)的分析得出 ,即只要所测各量满足上式,即可说明两滑块碰撞过程中动量守恒。分析问题简述该实验的原理。【提示】因为动摩擦因数相同,根据滑行距离结合动能定理可以求出速度,进而可以求出动量。1.(任务1)某同学利用两个半径相同的小球及斜槽“探究碰撞中的不变量”,把质量为 的被碰小球置于斜槽末端处,如图所示,测得数据如下表。小球质量 小球水平射程20.9 32.6 56.0 12.5 67.8(1) 假设平抛时间为单位时间 ,则碰前入射小球与其做平抛运动的水平初速度 的乘积 _________ 。碰后两球各自质量与其做平抛运动的水平初速度的乘积之和 _________ 。(结果均保留3位有效数字)[解析] , , , , ,则 (2) 实验结论是___________________________________________________________________。在误差允许的范围内,碰撞前后两小球各自质量与其速度的乘积之和相等[解析] 在误差允许的范围内,碰撞前后两小球各自质量与其速度的乘积之和相等。2.(任务2)某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨,导轨上安装光电计时器1和光电计时器2,带有遮光片的滑块 、 的质量分别为 、 ,两遮光片沿运动方向的宽度均为 ,实验过程如下:①调节气垫导轨呈水平状态;②轻推滑块 ,测得滑块 通过光电计时器1的遮光时间为 ;③滑块 与滑块 相碰后,滑块 和滑块 先后经过光电计时器2的遮光时间分别为 和 。(1) 实验中为确保两滑块碰撞后滑块 不反向运动,则 、 应满足的关系为 _______(选填“大于”、“等于”或“小于”) 。大于[解析] 滑块 和滑块 发生碰撞,用质量大的滑块 碰质量小的滑块 ,则不会发生反弹,所以 。(2) 碰前滑块 的速度大小为_ ___。[解析] 滑块经过光电计时器时做匀速运动,则碰前滑块 的速度 ,碰后滑块 的速度 ,碰后滑块 的速度 。(3) 利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为_ ______________。[解析] 由动量守恒定律得 ,化简可得 。3.(任务2)某物理兴趣小组利用如图所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的 点放置一个光电门,水平平台上摩擦很小,可忽略不计,当地重力加速度大小为 ,实验步骤如下:①在小滑块 上固定一个宽度为 的窄挡光片;②用天平分别测出小滑块 (含挡光片)和小球 的质量 、 ;③ 和 间用细线连接,中间夹一被压缩的轻弹簧,静止放置在平台上;④细线烧断后, 、 瞬间被弹开,向相反方向运动;⑤记录滑块 通过光电门时挡光片的遮光时间 ;⑥小球 从平台边缘飞出后,落在水平地面的 点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度 及平台边缘铅垂线与 点之间的水平距离 ;⑦改变弹簧压缩量,进行多次测量。(1) 球经过光电门的速度 _ ___(用上述实验数据字母表示)。[解析] 烧断细线后, 向左运动,经过光电门,根据速度公式可知, 经过光电门的速度 。(2) 该实验要验证动量守恒定律,则只需验证等式_ ________________成立即可。(用上述实验数据字母表示)[解析] 离开平台后做平抛运动,根据平抛运动规律可得 , ,解得 。若动量守恒,设向右为正,则有 ,即 。 展开更多...... 收起↑ 资源预览