2022版高考物理一輪復習第六章動量和動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律學案新人教版

1、實驗八驗證動量守恒定律一、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，算出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前后動量是否相等。二、實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、直尺、復寫紙、白紙、圓規(guī)、重垂線。三、實驗步驟(1)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球。(2)按照如圖甲所示安裝實驗器材。調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平。(3)白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好。記下重垂線所指的位置o。(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈在里面。圓心p就是小球落點

2、的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復實驗10次。用步驟(4)的方法，標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。如圖乙所示。(6)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m1m1m2，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。(7)整理好實驗器材，放回原處。(8)實驗結論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動量守恒。四、數(shù)據(jù)處理驗證表達式：m1m1m2。五、注意事項(1)斜槽末端的切線必須水平；(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；(3)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；(4)實驗過程中實驗桌、

3、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。核心考點重點突破he xin kao dian zhong dian tu po考點一教材原型實驗例1(2020江蘇啟東中學期末)某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗，氣墊導軌裝置如圖甲所示。甲(1)下面是實驗的主要步驟：安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；向氣墊導軌內(nèi)通入壓縮空氣；把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊1拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導軌的中間；先接通

4、打點計時器的電源，然后放開滑塊1，讓滑塊1帶動紙帶一起運動；取下紙帶，重復步驟，選出一條較理想的紙帶，如圖乙所示；乙測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g；試完善實驗步驟的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為0.620 kgm/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為0.618 kgm/s。(結果均保留三位有效數(shù)字)(3)試說明(2)中兩結果不完全相等的主要原因是紙帶與打點計時器間有摩擦。解析(1)先接通打點計時器的電源，然后放開滑塊1。(2)滑塊1與彈簧分離后做勻速運動，跟滑塊2發(fā)生

5、碰撞后一起做勻速運動，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得，碰撞前滑塊1的動量為p1m1v10.310kgm/s0.620 kgm/s，滑塊2的動量為零，所以碰撞前的總動量為0.620 kgm/s；碰撞后滑塊1、2速度相等，所以碰撞后的總動量為p2(m1m2)v2(0.3100.205)kgm/s0.618 kgm/s。(3)主要原因是紙帶與打點計時器間有摩擦力的作用。變式訓練1某同學用圖甲所示的裝置來驗證動量守恒定律，a、b為半徑相同的小球(mamb)，圖中pq是斜槽，qr為水平槽。實驗時先使a球從斜槽上某一位置g由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。多次重復上述操作，得到多個落點痕跡。再把b球放在

6、水平槽末端，讓a球仍從位置g由靜止釋放。兩球碰撞后，a、b球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，多次重復該操作。圖甲中o點是水平槽末端r在記錄紙上的豎直投影點。b球落點痕跡如圖乙所示，圖中米尺的零刻度線與o點對齊(未畫出)。(1)碰撞后b球的水平射程應為65.5(0.3) cm；(2)以下選項中的物理量是本次實驗中必須測量的是abd。(填選項前的字母)aa球未與b球碰撞時的平均落點到o點的距離ba球與b球碰撞后的平均落點到o點的距離ca球和b球的直徑da球和b球的質(zhì)量e水平槽面相對于o點的高度解析(1)由題圖乙可知，取b球落點的平均位置，則碰撞后b球的水平射程應為65.5 cm；(2)本實驗需要

7、驗證的方程是mamamb(其中的k、n、m分別是a球碰撞前的平均落點、a球碰撞后的平均落點以及b球碰撞后的平均落點)，則需要測量的物理量有兩球的質(zhì)量ma、mb，水平槽上未放b球時，a球平均落點位置到o點的距離，a球與b球碰撞后，兩球的平均落點位置到o點的距離和，故a、b、d正確，c、e錯誤?？键c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，比如使用氣墊導軌來減少摩擦力對實驗的影響。(2)從實驗模型角度進行創(chuàng)新，因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為了驗證碰撞過程中的動量和能量是否守恒，某中學高三物理興趣小組找來了一端傾斜、另一端水平的

8、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。通過對實驗結果的分析可知ma小于(填“大于”“小于”或“等于”)mb，若滿足關系式，則說明碰撞過程中能量守恒。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，

9、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v2gh2，v2gh2，v2，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。變式訓練2(2020江西南昌一中月考)某研究小組設計了如下實驗來驗證動量守恒定律：兩條相同的細線分別掛著兩個等體積小球，質(zhì)量分別是m1和m2，中間夾有一輕彈

10、簧，再用一細線穿過彈簧連接兩球，彈簧處于壓縮狀態(tài)但不與小球粘接。用火燒斷細線，兩球分別向左、右運動，測出它們最大的擺角分別為、，如圖所示。(1)實驗過程中，沒有(填“有”或“沒有”)必要測出豎直細線的長度。(2)理論上，質(zhì)量大的小球擺角小。(填“大”或“小”)(3)試寫出驗證動量守恒的表達式：m1m2。(用題中所給物理量表示)解析設豎直細線的長度為l，燒斷細線過程兩球組成的系統(tǒng)在水平方向動量守恒，以向左為正方向，由動量守恒定律得m1v1m2v20，燒斷細線后小球擺動過程機械能守恒，由機械能守恒定律可知，對左側小球有m1vm1gl(1cos )，對右側小球有m2vm2gl(1cos )，整理得m

11、1m2。(1)根據(jù)以上分析可知實驗過程中，沒有必要測出豎直細線的長度；(2)由m1m2可知，質(zhì)量大的小球擺角??；(3)由以上推導過程可知，實驗需要驗證的表達式是m2m2。2年高考1年模擬2 nian gao kao 1 nian mo ni1(2020山東淄博十中期末)某同學用圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律。圖中ab為斜槽，bc為水平槽。甲(1)下列說法正確的是a。a該實驗要求入射小球的質(zhì)量應大于被碰小球的質(zhì)量b該實驗要求入射小球和被碰小球必須是金屬材質(zhì)c該實驗通過測量入射小球從斜槽上由靜止釋放的點到水平槽的豎直距離h得到小球碰撞前的速度d該實驗通過測量小球做平拋運動的豎直位移間接得到小球碰撞

12、前、后的速度(2)實驗時先使入射小球從斜槽上某一固定位置s多次由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上并留下痕跡，從而確定p點的位置；再把被碰小球放在水平槽末端，讓入射小球仍從位置s多次由靜止釋放，跟被碰小球碰撞后，兩球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，從而確定m、n點的位置。實驗中，確定p點位置時多次落點的痕跡如圖乙所示，刻度尺的零刻度線與o點對齊，則op39.80 cm。乙(3)該實驗若要驗證兩小球碰撞前、后的動量是否守恒，需要分別測量記錄紙上m點距o點的距離lom、p點距o點的距離lop、n點距o點的距離lon。除此之外，還需要測量的物理量是兩球的質(zhì)量，需要驗證的關系式為m1lomm2lo

13、n(其中涉及需要測量的物理量請用自己設定的字母表示)。解析(1)要使兩球發(fā)生對心正碰，兩球半徑應相等，為防止入射球碰撞后反彈，入射小球的質(zhì)量應大于被碰小球的質(zhì)量，而對小球的材質(zhì)無嚴格的要求，故a正確，b錯誤；入射小球從斜面上由靜止下落過程中會受到斜面的摩擦力作用，由于摩擦力做功未知，所以不能通過測量入射小球從斜槽上由靜止釋放的點到水平槽的豎直距離h得到小球碰撞前的速度，故c錯誤；兩球碰撞前后均做平拋運動，平拋的初速度為v，豎直高度相同，則下落時間相等，故只需要測量兩球平拋的水平位移而不需要測量豎直位移就能間接得到小球碰撞前、后的速度，故d錯誤。(2)為減小實驗誤差，則落點痕跡中心到o點的距離即

14、為op的長度，圖乙中刻度尺的分度值是1 mm，估讀到0.1 mm，所以op39.80 cm。(3)據(jù)平拋運動規(guī)律可知，落地高度相同，則運動時間相同，設兩球落地時間為t，則v0，v1，v2；設入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，根據(jù)動量守恒定律有m1v0m1v1m2v2，可得驗證的表達式為m1lopm1lomm2lon，還需要測量的物理量是兩球的質(zhì)量。2(2020廣東佛山一中期中)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進行驗證動量守恒定律及測量平臺上a點左側與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)的實驗。在足夠大的水平平臺上的a點放置一個光電門，水平平臺上a點右側摩擦很小，可忽略不計，左側為粗糙水平面，當?shù)?/p>

15、重力加速度大小為g。采用的實驗步驟如下：a在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；b用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；c在a和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕短彈簧，靜止放置在平臺上；d燒斷細線后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運動；e記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；f滑塊a最終停在c點(圖中未畫出)，用刻度尺測出ac之間的距離sa；甲g小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面的b點，用刻度尺測出平臺上表面距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與b點之間的水平距離sb；h改變彈簧壓縮量，進行多次測量。(1)用螺旋測微器測量擋光片的寬度，如圖乙所示，則擋光片的寬度為

16、2.550 mm。(2)該實驗要驗證“動量守恒定律”，則只需驗證兩物體a、b彈開后的動量大小相等，即a的動量大小等于b的動量大小。(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)(3)改變彈簧壓縮量，多次測量后，該實驗小組得到小滑塊a的sa與關系圖像如圖丙所示，圖像的斜率為k，則平臺上a點左側與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)為。(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為2.5 mm0.050 mm2.550 mm。(2)燒斷細線后，a向左運動，經(jīng)過光電門，根據(jù)速度公式可知，a經(jīng)過光電門的速度為va，故a的動量大小為pama，b離開平臺后做平拋運動，根據(jù)平拋運動規(guī)律可得hgt2及sbvbt，聯(lián)

17、立解得vbsb ，故b的動量為pbmbvbmbsb 。(3)對物體a由光電門向左運動過程分析，則有v2asa，經(jīng)過光電門的速度va，由牛頓第二定律可得ag，聯(lián)立可得sa，則由題圖丙可知。3(2020湖南懷化市月考)如圖為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進行實驗。用天平測出兩個小球a、b的質(zhì)量分別為m1和m2；安裝實驗裝置，將斜槽ab固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面bc連接在斜槽末端；先不放小球b，讓小球a從斜槽頂端a處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點位置p；將小球b放在斜槽末端b處，仍讓小球a從斜槽頂端a處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標記小球a、b在斜面上的落點位置；用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端b的距離，圖為m、p、n點是實驗過程中記下的小球在斜面上的三個落點位置，從m、p、n到b點的距離分別為sm、sp、sn。依據(jù)上述實驗步驟，請回答下面問題：(1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應滿足m1m2(填“”“”或“m2。(2)小球a和小球b相撞后，小球b的速度比小球a碰前速度大，小球a的速度比碰前速度小，且小球a、b都做平拋運動，所以碰撞后小球a的落點是m點，小球b的落點是n