76物理高考一轮复习第六章 实验 验证动量守恒定律.docx

1、76物理高考一轮复习第六章 实验 验证动量守恒定律实验验证动量守恒定律方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图1所示)图11.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2所示)图21.测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。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

2、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3所示)图31.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，把两小车连接成整体运动。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。方案四：

3、利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图4所示)图41.测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。2.安装：按照图4所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端切线水平。3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。4.放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。5.碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置

4、N。如图5所示。图56.验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1m1m2，看在误差允许的范围内是否成立。 误差分析(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。碰撞是否为一维碰撞。实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等。(2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量。 注意事项(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。(2)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。(3)若利用摆球进行实验，两小球静放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平面内。(4)若利用长木板进行实验，

5、可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。(5)若利用斜槽进行实验，入射球质量m1要大于被碰球质量m2，即m1m2，防止碰后m1被反弹，且两球半径r1r2r。教材原型实验【例1】 (2019山东烟台期中)某同学设计了如图6甲所示的装置来探究碰撞过程中动量的变化规律，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力；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。图6(1)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点。则应选_段来计算小车A的碰前速度，应

6、选_段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(选填“AB”“BC”“CD或“DE”)(2)已测得小车A的质量mA0.40 kg，小车B的质量mB0.20 kg，由以上的测量结果可得：碰前两小车的总动量为_ kg m/s。碰后两小车的总动量为_ kg m/s(结果均保留3位有效数字)。解析(1)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，BC段为匀速运动的阶段；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。(2)碰前A的动量为碰前系统的动量，即p1mAv0

7、mA，得出p10.422 kgm/s；碰后的总动量p2mAvAmBvB(mAmB)v2(mAmB)，得出p20.420 kgm/s。答案(1)BCDE(2)0.4220.420【例2】 在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图7甲、乙两种装置。图7(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则()A.m1m2r1r2 B.m1m2r1m2r1r2 D.m1m2r1r2(2)若采用乙装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是_。A.刻度尺 B.游标卡尺C.天平 D.弹簧秤E.秒表(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用甲装置实验时(P为碰前入射

8、小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为_(用装置图中的字母表示)。(4)在实验装置乙中，若斜槽轨道是光滑的，则可以利用一个小球验证小球在斜槽上下滑过程中的机械能守恒。这时需要测量的物理量有：小球释放初位置到斜槽末端的高度差h1，小球从斜槽末端做平抛运动的水平位移s、竖直高度h2，则所需验证的关系式为_。解析(1)为了保证碰撞前后使入射小球的速度方向不变，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量。为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，选项C正确。(2)(3)小球离开轨道后做平抛运动，根据hgt2，解得小球做平抛运动的时间t；由于小球做平抛运动时抛出点的高度h相同，则它们在空中的运

9、动时间t相等，验证碰撞中的动量守恒，需要验证m1v1m1v1m2v2，两边同乘以t可得m1v1tm1v1tm2v2t，则有m1x1m1x1m2x2，由图乙所示可知，需要验证m1m1m2，因此实验需要测量的量有：入射小球的质量，被碰小球的质量，入射小球碰前平抛的水平位移，入射小球碰后平抛的水平位移，被碰小球碰后平抛的水平位移。实验需要刻度尺与天平。(4)根据平抛运动的规律h2gt2，平抛运动的初速度为v0，联立可得v0s，则动能的增加量为Ekmv，重力势能的减小量Epmgh1，则验证：mgh1，即s24h1h2。答案(1)C(2)AC(3)m1m1m2 (4)s24h1h2实验拓展创新 【例3】

10、 (2019山东济宁模拟)为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验。用天平测出两个小球的质量(分别为m1和m2，且m1m2)。按照如图8所示，安装好实验装置。将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。将小球m2放在斜槽末端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置。图8用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该

11、同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。(1)小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点是图中的_点，m2的落点是图中的_点。(2)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。(3)用测得的物理量来表示，只要再满足关系式_，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。解析设斜面BC的倾角为，小球从斜面顶端平抛落到斜面上，两者距离为L，由平抛运动的知识可知，Lcos vt，Lsin gt2，可得vLcos cos ，由于、g都是恒量，所以v，v2L，所以动量守恒的表达式可以化简为m1m1m2，机械能守恒的表达式可以化简为m1LEm1LDm2LF。答案(1)DF(2

12、)m1m1m2 (3)m1LEm1LDm2LF1.(多选)如图9在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是()图9A.悬挂两球的线长度要适当，且等长B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度C.两小球必须都是刚性球，且质量相同D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动解析两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确；由于计算碰撞前速度时用到了mghmv20，即初速度为0，B正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C错误；两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确。答案ABD2.气垫导轨是常用的一种实验仪器。它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在水平导

13、轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。我们可以用带有竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图10所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：图10a.用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。b.调整气垫导轨，使导轨处于水平状态。c.在A和B之间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。d.用刻度尺测出A的左端到C的距离L1。e.按下电钮，放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停止计时，记下滑块A到达挡板C和滑块B到达挡板D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量是_。(2)利用上

14、述测量的实验数据，可得出验证动量守恒定律的表达式是_。(3)上式中算得的滑块A、B的动量大小并不完全相等，产生误差的原因可能是_。(至少写出两点)解析(1)设B的右端至D的距离为L2，弹簧的长度忽略不计，放开卡销后滑块A、B的速度大小分别为vA，vB。若要验证滑块A、B与轻弹簧组成的系统在水平方向上动量守恒，有0mAvAmBvB，联立以上两式解得0mAmB，所以还应测量的物理量是B的右端到D的距离L2。(2)由(1)分析可知验证动量守恒定律的表达式是mAmB0。(3)产生误差的原因可能是测量mA、mB、L1、L2、t1、t2时带来的误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦。答案(1)B的右

15、端至D的距离L2(2)mAmB0 (3)见解析3.用如图11甲所示的装置来验证碰撞过程中的动量守恒，A、B两球直径相同，质量分别为mA和mB。从同一位置静止释放A球，实验重复多次后，A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图乙所示，其中毫米刻度尺的零点与O点对齐。甲乙图11(1)碰撞后A球的水平射程应取_ cm。(2)本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度。下面的实验条件中，不能使小球飞行的水平距离表示水平速度的是()A.轨道末端切线未调整为水平B.改变A小球初始释放点的位置C.使A、B两小球的直径之比改变为13D.升高桌面高度解析(1)用尽可能小的圆把小球的落点圈起来，圆的圆心是小

16、球的落点位置，由题图乙所示可知，碰撞后A球的水平射程应取14.47 cm。(2)轨道末端切线未调整为水平，不能使小球做平抛运动，不能使小球飞行的水平距离表示水平速度，故选项A正确；改变A小球初始释放点的位置，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度，故选项B错误；使A、B两小球的直径之比改变为13，小球的球心不在同一高度，碰撞后小球的速度不在水平方向，不能做平抛运动，不可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度，故选项C正确；升高桌面的高度，即升高斜槽末端距地面的高度，小球碰撞后仍然做平抛运动，可以用小球飞行的水平距离表示为水平速度，故选项D错误。答案(1)14.47(14

17、.4314.51均对)(2)AC4.(2019济南外国语学校月考)某物理兴趣小组利用如图12甲所示的装置进行实验，在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门。水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下：图12在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出AC之间的距离sa；小球b从平台边缘飞

18、出后，落在水平地面上的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；改变弹簧压缩量，进行多次测量。(1)该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证_即可。(用上述实验数据字母表示)(2)改变弹簧压缩量，多次测量后，该实验小组得到sa与的关系图象如图乙所示，图线的斜率为k，则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为_。(用上述实验数据字母表示)解析(1)由于A点右侧摩擦可以不计，所以被弹开后滑块a的瞬时速度等于经过光电门的速度，即va；b被弹开后的瞬时速度等于做平抛运动的初速度，根据vbtbsb，hgt，可得vbsb，该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证mambsb。(2)根据动能定理有mgsamv，即gsa，化简得sa，即k解得。答案(1)mbsb(2)