2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第六章動量和動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律學(xué)案新人教版

1、實驗八驗證動量守恒定律zhi shi shu li zi ce gong gu知識梳理自測鞏固一、實驗?zāi)康尿炞C動量守恒定律。二、實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v，找出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前、后動量是否守恒。三、實驗器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等。方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。方案三：光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥。方案四：斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙等。四、

2、實驗步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(如圖所示)1測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量。2安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。3實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測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驗證：一維碰撞中的動量守恒。方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗(如圖所示)1測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量m1、m2。2安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來。3實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。4測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應(yīng)小球的速度。5改變條件：改

3、變碰撞條件，重復(fù)實驗。6驗證：一維碰撞中的動量守恒。方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(如圖所示)1測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。2安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，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實驗：接通電源，讓小車a運動，小車b靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動。4測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v算出速度。5改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。6驗證：一維碰撞中的動量守恒。方案四：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律(如圖所示)1測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定_質(zhì)量大_的小球為入射小

4、球。2安裝：按照上圖所示安裝實驗裝置。調(diào)整固定斜槽使_斜槽底端水平_。3鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置o。4放球找點：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用_圓規(guī)_畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心p就是小球落點的平均位置。5碰撞找點：把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從_斜槽同一高度自由_滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點的平均位置m和被撞小球落點的平均位置n。如圖所示。6驗證：連接on，測量線段op、om、on的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中。最后代入_m1opm1omm2o

5、n_，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。7結(jié)束：整理好實驗器材放回原處。五、數(shù)據(jù)處理1速度的測量方案一：滑塊速度的測量：v，式中x為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，t為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間。方案二：擺球速度的測量：v，式中h為小球釋放時(或碰撞后擺起的)高度，h可用刻度尺測量(也可由量角器和擺長計算出)。方案三：小車速度的測量：v，式中x是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，t為小車經(jīng)過x的時間，可由打點間隔算出。2驗證的表達式方案一、二、三：m1v1m2v2m1v1m2v2方案四：m1opm1omm2on六、注意事項1前提條件碰撞的兩物體應(yīng)保證“

6、水平”和“正碰”。2方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應(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)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力。(4)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一位置由靜止釋放；選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。he xin kao dian zhong dian tu po核心考點重點突破考點一教材原型實驗例1 (2019河北邢臺聯(lián)

7、考)在驗證動量守恒定律的實驗中，請回答下列問題。(1)實驗記錄如圖甲所示，先不放b球，則a球做平拋運動的水平位移是圖中的_op_；放上b球，則b球被碰后做平拋運動的水平位移是圖中的_on_;_(兩空均填“om”“op”或“on”)；為測定a球不碰b時做平拋運動的落點的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的o點對齊，圖乙給出了小球a落點附近的情況，可得落點到o點的距離應(yīng)為_65.5(65.265.8均可)_cm。(2)小球a下滑過程中與斜槽軌道間存在摩擦力，這對實驗結(jié)果_不會_產(chǎn)生誤差(填“會”或“不會”)。(3)實驗裝置如圖甲所示，a球為入射小球，b球為被碰小球，以下有關(guān)實驗過程中必須滿足的

8、條件，正確的是_d_。a入射小球的質(zhì)量ma，可以小于被碰小球的質(zhì)量mbb實驗時需要測量斜槽末端到水平地面的高度c入射小球每次不必從斜槽上的同一位置由靜止釋放d斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，應(yīng)能靜止(4)如果碰撞過程中系統(tǒng)動能守恒，根據(jù)圖中各點間的距離，下列式子成立的有_a_。amambonmpbmambommpcmambopmndmambommn解析本題考查探究動量守恒定律實驗的實驗步驟、數(shù)據(jù)處理、誤差分析。(1)僅放a球時，a球做平拋運動的水平位移是題圖中的op；b球被碰后做平拋運動的水平位移是題圖中的on；將小球a的落點用盡可能小的圓圈在一起，則圓的圓心即為小球a的平均落點，

9、由題圖乙知，小球a落點到o點的距離為65.5 cm(65.265.8均可)。(2)只要小球a每次從同一位置由靜止釋放，小球每次到達斜槽末端的速度都相同，因此小球a下滑過程中與斜槽軌道間存在摩擦力對實驗結(jié)果不會產(chǎn)生誤差。(3)實驗中入射小球不能被反彈，因此入射小球的質(zhì)量ma要大于被碰小球的質(zhì)量mb，選項a錯誤；由于小球做平拋運動時下落高度相同，所以小球下落的時間相同，因此實驗時不需要測量斜槽末端到水平地面的高度，選項b錯誤；為保證入射小球每次做平拋運動的初速度相同，入射小球每次必須從斜槽上的同一位置由靜止釋放，選項c錯誤；為保證小球做平拋運動，斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，應(yīng)能靜止

10、，選項d正確。(4)如果碰撞過程中系統(tǒng)動量守恒，由動量守恒定律得mamamb，即maopmaommbon，解得mambonmp，選項a正確，b、c、d錯誤。類題演練1(2019山東微山二中質(zhì)檢)氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上運動時可視為沒有摩擦。我們可以用兩個光電門以及滑塊a和b來探究動量守恒定律，實驗裝置如圖所示，采用的實驗步驟如下：a用天平分別測出滑塊a、b的質(zhì)量ma、mbb調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌水平c給b一個水平向左的初速度，記錄b通過光電門2的擋光時間tbdb與靜止在導(dǎo)軌上的a發(fā)生碰撞后，記錄a向左運動通過光電門

11、1的擋光時間ta和b向右運動通過光電門2的擋光時間tb(1)實驗中測得滑塊b上遮光條的寬度為db，還應(yīng)測量的物理量是_滑塊a上遮光條的寬度da_。(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，得出關(guān)系式_mbmamb_成立，即可驗證動量守恒定律。解析本題考查利用氣墊導(dǎo)軌和光電門探究動量守恒定律。(1)實驗需要測出滑塊通過光電門的速度，故還應(yīng)測量的物理量是滑塊a上遮光條的寬度da。(2)由動量守恒定律知，若關(guān)系式mbmamb成立，即可驗證動量守恒定律。考點二實驗拓展創(chuàng)新驗證動量守恒實驗創(chuàng)新主要是兩種途徑：(1)用新器材實現(xiàn)實驗方式的創(chuàng)新，比如使用氣墊導(dǎo)軌來減少摩擦力對實驗的影響。(2)從實驗?zāi)Ｐ徒嵌冗M行創(chuàng)新，因

12、此所有滿足動量守恒定律的模型均可以用來驗證動量守恒。例2 (2019東北三省三校模擬)某學(xué)習(xí)小組通過下圖甲實驗裝置來驗證動量守恒定律。a是固定在水平桌面上的光滑斜槽，斜槽末端與水平桌面平行，b是氣墊導(dǎo)軌，c是光電門，d是帶有凹槽的滑塊(凹槽內(nèi)粘有膠帶，小球進入凹槽立即粘在膠帶上)，滑塊上方有一窄擋光片。實驗前將斜槽固定在水平桌面上，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌的高度，使滑塊凹槽與斜槽末端在同一高度處，同時調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平。多次改變小球釋放高度h。得到擋光片通過光電門的時間t，作出h圖象。小球質(zhì)量為m，滑塊總質(zhì)量為m，擋光片寬度為d，重力加速度為g。 (1)用螺旋測微器測量擋光片的寬度，如圖乙所示，寬度d_2.

13、150_ mm；(2)只要滿足關(guān)系式h_()2_(請用題中所給的物理量來表示)，就可以說明在誤差允許范圍內(nèi)碰撞過程動量守恒；(3)如果(2)問中關(guān)系式對應(yīng)的h圖象是一條過原點的_傾斜直線_(填“傾斜直線”或“拋物線”)，同樣可以驗證碰撞過程動量守恒。解析本題考查利用完全非彈性碰撞和光電門探究動量守恒定律。(1)擋光片的寬度d2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。(2)設(shè)小球到達斜槽底端時的速度為v0，小球從靜止釋放至到達斜槽底端的過程中，由動能定理得mghmv，小球與滑塊粘在一起的速度為v，由動量守恒定律得mv0(mm)v，由以上三式解得h()2，即只要滿足關(guān)系式h()2，就可以

14、說明在誤差允許范圍內(nèi)碰撞過程動量守恒。(3)由h()2知，如果h圖線是一條過原點的傾斜直線，也可驗證碰撞過程動量守恒。類題演練2(2020遼寧六校協(xié)作體聯(lián)考)如圖是用來驗證動量守恒定律的實驗裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于o點，o點下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實驗時，調(diào)節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到a點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠可擺到b點，球2落到水平地面上的c點。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒。現(xiàn)已測出兩彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2，a點離水平桌面的高度為a，b點離水平桌面

15、的高度為b，c點與桌子邊沿間的水平距離為c。(忽略小球的大小)(1)要完成實驗，還需要測量的物理量是_彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2，立柱高h，桌面高h_。(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為_2m12m1m2_。解析本題考查利用擺球和平拋運動規(guī)律驗證動量守恒定律。(1)要驗證動量守恒定律必須知道兩球碰撞前后的動量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由球1向下、向上擺動過程機械能守恒可以求出碰撞前后球1的速度，故只要再測量彈性球1的質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動量變化；根據(jù)平拋運動的規(guī)律，只要測出立柱高h和桌面高h就可以求出彈性球2碰撞后的速度，故只要測量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h

16、、桌面高h就能求出彈性球2的動量變化。(2)小球1從a點下擺過程中，由機械能守恒定律有m1g(ah)m1v，解得v1，碰撞后小球1上擺到b點，由機械能守恒定律有m1g(bh)mv，解得v2，碰撞后小球2做平拋運動，運動時間t，所以小球2碰后速度v3，所以該實驗中動量守恒的表達式為m1v1m1v2m2v3，整理得2m12m1m2。2 nian gao kao mo ni xun lian2年高考模擬訓(xùn)練1(2019湖北恩施質(zhì)量檢測)如圖所示為某同學(xué)設(shè)計的一種探究動量守恒定律的實驗裝置和原理圖。長木板固定在水平桌面上，一端伸出桌面，另一端裝有豎直擋板，輕彈簧的一端固定在豎直擋板上，另一端被入射小球

17、從自然長度位置a點壓縮至b點，釋放小球，小球沿木板向右端水平拋出，落在水平地面上的記錄紙上，重復(fù)10次，確定小球的落點位置；再把被碰小球放在木板的右邊緣處，重復(fù)上述實驗10次，在記錄紙上分別確定入射小球和被碰小球的落點位置。(1)關(guān)于實驗的要點，下列說法正確的是_abd_。a入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量b入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同c長木板必須盡可能地光滑d用鉛垂線的目的是為了確定板的右端與地面的投影位置e實驗重復(fù)10次，是為了從小球的落地點中找出一個最清晰的點作為最終落地點(2)入射小球前后兩次的落地位置分別為圖中的_q、p_兩點：若入射球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2

18、，則實驗需要驗證的表達式為_m1m1m2_。解析本題考查探究動量守恒定律實驗的注意事項和數(shù)據(jù)處理。(1)為保證兩球碰撞后入射小球不被反彈，入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量，a正確；為了保證兩球發(fā)生正碰，入射小球的半徑必須與被碰小球的半徑相同，b正確；長木板不需要光滑，只要保證每次彈簧的壓縮量相同，每次入射小球與被碰小球碰撞前的速度相同即可，c錯誤；用鉛垂線的目的是為了確定板的右端在地面的投影位置，以便準(zhǔn)確測出小球平拋的水平位移，d正確；實驗重復(fù)10次，是為了從小球的落地點中找出小球落地點的中心位置，以減小實驗誤差，e錯誤。(2)入射小球前后兩次的落地分別為題圖中的q、p兩點；由動量守恒定律

19、得m1m1m2，則實驗需要驗證的表達式為m1m1m2。2(2019湖南長沙長郡中學(xué)適應(yīng)性考試)為了驗證碰撞過程中的動量和能量是否守恒，某中學(xué)高三物理興趣小組找來了一端傾斜、另一端水平的光滑軌道，如圖所示。在距離水平部分高為h處和水平部分安裝了1、2兩個光電門，然后找來兩個直徑均為d但質(zhì)量分別為ma和mb的小球a、b進行實驗。先將小球b靜置在水平軌道上兩光電門之間，讓小球a從傾斜軌道上較高位置釋放，光電門1記錄了小球a碰撞前后通過的時間t1、t1，光電門2記錄了碰后小球b通過的時間t2。通過對實驗結(jié)果的分析可知ma_小于_(填“大于”“小于”或“等于”)mb，若滿足關(guān)系式_，則說明碰撞過程中能量

20、守恒。如果兩小球的位置互換，該實驗_能_(填“能”或“不能”)成功。解析本題考查利用弧形導(dǎo)軌和光電門探究動量守恒定律。由題意可知，兩個直徑相同的小球在光滑的水平面上發(fā)生碰撞，要驗證系統(tǒng)動量守恒，則必定要測出碰撞前后小球的速度，由于小球a通過光電門1的時間有兩個，則說明小球a碰撞前后兩次通過光電門1，即碰撞后小球a的速度反向，則小球a的質(zhì)量小于小球b的質(zhì)量；由機械能守恒定律可以求出兩個小球碰撞前后v2gh()2，v2gh()2，v()2，若碰撞前后機械能守恒，則有mavmavmbv，將以上各式代入并化簡可得。若把兩球的位置互換，則碰撞后b球不會反彈，但b球碰后可以通過光電門2，則仍可求出碰撞后兩球的速度，同樣也能驗證該過程動量及機械能是否守恒。3(2019湖南雅禮中學(xué)月考)如圖為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半