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选修 3-5 动量守恒定律:原子结构、原子核波粒二象性及实验验证

更新时间:2024-06-25 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

选修 3-5 动量守恒定律 原子结构与核波粒二象性 动量守恒定律实验:验证动量守恒定律 对应学生用书 P210 动量、动量守恒定律及其应用(考试大纲要求) 1.动量 (1)定义:物体质量与速度的乘积。 (2)表达式:p=mv,单位:kgm/s。 (3)动量的性质 矢量:方向与瞬时速度方向相同。 瞬时:动量是描述物体运动状态的量,是相对于某一时刻的。 相对:大小与参考系的选择有关,通常指相对于地面的动量。 (4)动量、动能、动量变化的比较 名称 项目 动量 动能 动量变化 定义 物体的质量与速度的乘积 物体因运动而具有的能量 物体的终动量与初动量的矢量差 定义 p=mv 矢量 标量 矢量 特性 状态量 状态量 过程量 相关方程式 2mΔp=mv′-mv2.动量守恒定律 (1)守恒定律 (1)守恒定律 理想守恒定律:如果系统不受外力作用或外力的净作用力为零,则系统动量守恒定律。 近似守恒定律:如果系统所受的净力不为零,但内力远大于外力时,可近似地认为系统动量守恒定律。 方向守恒定律:当系统在某一方向上所受的净力为零时,系统在该方向上的动量守恒定律。 (2)三种常见表达式p=p'(相互作用前系统的总动量p等于相互作用后系统的总动量p')。实际应用中常见的三种形式:a.m'(适用于相互作用前后运动的两个物体组成的系统)。b.0=m'(适用于两个原本静止的物体组成的系统,如爆炸、反冲等,两物体的速度和位移都与各自的质量成反比)。c.m)v(适用于两物体相互作用后合二为一或速度相同的情况,完全非弹性碰撞)。Δp=0(系统总动量不变)。(对于两个相互作用的物体组成的系统,两物体的动量增量大小相等,方向相反)。弹性碰撞与非弹性碰撞(教学大纲要求)1.it3物理好资源网(原物理ok网)

碰撞问题 碰撞的种类和特点 分类标准 类型 特点 能量守恒 弹性碰撞 动量守恒,机械能守恒 不完全弹性碰撞 动量守恒,机械能损失 完全非弹性碰撞 动量守恒,机械能损失最大 碰撞前后 同心碰撞(迎面碰撞) 碰撞前后速度共线 速度是否共线 非同心碰撞(斜碰撞) 碰撞前后速度不共线 微观粒子的碰撞与散射 粒子相互接近时,并不发生直接接触 2、爆炸现象 (1)动量守恒:由于爆炸是在很短的时间内完成的,爆炸物体之间的相互作用力远大于外力,所以在爆炸过程中,体系的总动量守恒。 (2)动能增加:爆炸过程中,由于其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后体系的总动能增加(3)位置不变:爆炸和碰撞的时间很短,所以物体在作用过程中的位移很小,一般可以忽略不计,可以认为爆炸或碰撞之后,仍然以新的动量从爆炸或碰撞前的位置开始运动。 3、反冲运动 (1)反冲运动是相互作用物体间的作用力与反作用力的结果。 (2)反冲运动过程中,如果合外力为零或外力远小于物体间相互作用力,可以用动量守恒定律来处理。 特别提醒碰撞现象满足的定律 (1)动量守恒定律。 (2)机械能不增加。 (3)速度要合理,如果两物体碰撞前运动方向相同,那么碰撞前应该有v,碰撞后,前方物体的速度要增大,如果两物体碰撞后运动方向相同,那么碰撞前应该有v,碰撞前两物体运动方向相反。 碰撞之后,两个物体的运动方向不可能保持不变。it3物理好资源网(原物理ok网)

验证角动量守恒定律实验it3物理好资源网(原物理ok网)

实验:验证动量守恒定律 1、实验原理 在一维碰撞中,测量物体的质量m以及碰撞前后物体的速度v和v′,求碰撞前的动量p′,看碰撞前后动量是否守恒。 二、实验设备 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、胶带、撞针、橡皮泥等。 方案二:带细铁丝的摆球(两套)、铁架、天平、量角器、坐标纸、胶带等。 方案三:光滑长木板、点计时器、纸胶带、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 三、实验步骤 方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图1-1-1所示) 图1-1-1 (1)测量质量:使用天平验证角动量守恒定律实验,测量滑块的质量。 (2)安装:正确安装气垫导轨。 (3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置,测量各种条件下(改变滑块质量,改变滑块初速度的大小和方向),碰撞前后两滑块的速度。 (4)验证:一维碰撞中动量守恒。 图1-1-2 方案二:利用等长悬挂丝悬挂等大小小球,完成一维碰撞实验(如图1-1-2所示) (1)测质量:用天平测得两个小球的质量m (2)安装:用等长悬挂丝悬挂两个等大小小球。 (3)实验:一个小球静止,将另一个小球拉起,当它们放下时,它们发生碰撞。 (4)测速度:测得小球被拉起的角度,从而计算出碰撞前对应小球的速度。 测得碰撞后小球摆起的角度,从而计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:一维碰撞中动量守恒。 解答三:两车在光滑台面上碰撞,完成一维碰撞实验(如图1-1-3所示) 图1-1-3 (1)测质量:用天平测出两车的质量。 (2)安装:把点计时器固定在光滑长木板的一端,将纸带穿过点计时器后连在车后,在两车碰撞端分别安装撞针和橡皮泥。 (3)实验:接通电源,让A车移动验证角动量守恒定律实验,B车静止,两车相撞时,将撞针插入橡皮泥中,使两车连接在一起,合为一体移动。 (4)测速度:通过纸带上两个计数点的距离和时间,由v=算出速度。 (5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验。 (6)验证:一维碰撞中动量守恒。 解答四:用一个球沿倾斜的溜槽滚下,验证动量守恒定律(如图1-1-4所示) 图1-1-4 (1)用天平称量两球的质量,选质量较大的球作为入射球。 (2)如图1-1-4所示安装实验装置。调节固定溜槽,使溜槽底部呈水平。 (3)将底部的白纸、顶部的复写纸放置在适当的位置。注意粗竖线所指的位置O。it3物理好资源网(原物理ok网)

(4)不要放置被击球,让入射球每次从滑槽上的固定高度自由滚落。重复10次。用圆规画一个尽量小的圆,把所有的球落地点都圈起来,圆心P即为球落地点的平均位置。 (5)把被击球放置在滑槽末端。让入射球每次从滑槽同一高度自由滚落,使它们相撞。重复实验10次。用步骤4的方法,标记出碰撞后入射球落地点的平均位置M和被击球落地点的平均位置N。如图1-1-5所示。 图1-1-5 (6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量的数据填入表格中。最后代入m,看是否在允许的误差范围内。 (7)整理实验器材,放回原位。 (8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统动量守恒。 注意事项 (1)前提条件:要保证相撞的两物体“水平”且“迎面相撞”。 (2)解答提示:如果实验采用气垫轨道,调节气垫轨道时要用水平仪保证轨道水平。如果实验采用摆球,静止刚好接触时两球中心应在同一水平线上,摆线应垂直。将球拉起后,两摆线应在同一垂直平面内。如果实验采用长木板,可在长木板下垫一小块木板,平衡摩擦力。如果实验采用斜槽,入射球的质量要大于被击中球的质量,即反弹的m。 (3)探索结论:所求的不变量必须在所有碰撞条件下都不改变。图1-1-61.如图1-1-6所示,PQS为a光滑、b固定在垂直平面内。从同一时刻出发,a自由下落,b先到达S,他们在S点的动量不相等。b.a同时到达S,他们在S点的动量不相等。c.a先到达S,他们在S点的动量相等。d.b先到达S,他们在S点的动量相等。解析:两球到达S时速度方向不同,所以动量不相等。C、D错误。根据机械能守恒定律,a、b通过同一高度时速度相等,但b的垂直分速度v始终小于球在同一高度的速度v,所以a先到达S,所以A正确,B错误。 D.B对A施加的力小于A对B施加的力。解析:根据二者碰撞的动量守恒定律,它们的合动量方向均指向A车方向,所以P是匀速运动。一颗质量为m的炮弹从小船上以相对于海岸的水平速度v向前进方向发射,炮弹发射后,小船的速度为v',若忽略水的阻力,则有下列关系正=(Mm)v'+mvB。Mv=Mv'+mv解析:动量守恒定律中的速度都是相对于同一参考系而言的。题目给出的炮弹的速度为4.球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动,球A的动量为5kgm/s,球B的动量为7kgm/s。it3物理好资源网(原物理ok网)

当球A追上球B时,发生碰撞。 碰撞后A、B球的动量可能值为(A.6kgm/s、6kgm/sB.3kgm/s、9kgm/sC.2kgm/s、14kgm/sD.-5kgm/s、15kgm/s分析:两球组成的系统动量守恒,A球的减小动量正确,选项C错误。虽然选项A在作用前后动量相等,但是选项B在作用前后动量相等,但是选项C错误。在图1-1-7所示的装置中,物块B与水平桌面接触平稳,子弹A水平射入物块并滞留在其中,将弹簧压缩到最短值。如果把子弹、物块和弹簧组合成一个系统,那么系统在从子弹射入物块到弹簧压缩到最短值的整个过程中(A.动量守恒,A.机械能守恒 B.动量不守恒,机械能不守恒 C.动量守恒,机械能不守恒 D.动量不守恒,机械能守恒 分析 子弹瞬间射入木块,这个过程相当于子弹与木块完全非弹性碰撞,动量守恒,机械能不守恒,一部分动能转化为内能。 之后,木块(连同子弹)压缩弹簧,将其动能转化为弹性势能,在此过程中,机械能守恒,但动量不守恒。 由于左挡板支撑力的冲量作用,系统动量不断减小。 因此,整个过程中动量和机械能都不守恒。 答案6、一小型爆炸装置在一块光滑、坚硬的水平钢板上爆炸,所有碎片均沿钢板上方的倒锥面飞散(锥体的顶点在爆炸装置处)。在爆炸过程中,关于爆炸装置的说法正确的是 A.总动量守恒 B.机械能守恒 C.水平动量守恒 D.垂直动量守恒 分析 爆炸装置在一块光滑、坚硬的水平钢板上爆炸,钢板与爆炸装置之间产生巨大的相互作用力,这个力将远远大于它受到的重力,所以爆炸装置的总动量不守恒,但是由于钢板对爆炸装置的作用力是垂直向上的,所以爆炸装置的动量在垂直方向不守恒,但在水平方向守恒。爆炸过程中,化学能转化为机械能,所以机械能不守恒。 答案7、做“动量守恒定律验证”实验时,入射球a的质量为m,小球的半径为r,各小球落地点如图1-1-8所示 如图1-1-8所示,关于这个实验,下列说法正确的是:A.入射球和被撞击球最好采用大小、质量相同的小球。B.让入射球和被撞击球连续碰撞10次,每次都让入射球从斜槽上的不同位置滚落。C.所要验证的表达式为mit3物理好资源网(原物理ok网)

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