2019版高考物理總復(fù)習(xí)第六章碰撞與動量守恒實驗七驗證動量守恒定律學(xué)案

1、實驗七驗證動量守恒定律實驗基礎(chǔ)梳理方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗（如圖 1 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、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。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，放下后它們相碰。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：改變碰撞條件，重復(fù)實驗。緊抓教材落實基礎(chǔ)后的速度（改方案二：利用等長懸線懸

2、掛等大小球完成一維碰撞實驗（如圖 2 所示）1.測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量mi、m2。圖 16.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 3 所示）31.測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。連接成整體運動。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2.安裝：按照圖 4 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Q4. 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

3、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,3.實驗：接通電兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車4.測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v=X算出速度。（如圖 4 所示）1.測質(zhì)量:4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 2 如圖 5 所示。圖 56.驗證：連接ON測量線段OR OM ON的長度。將

4、測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入mv OP=mOM mON看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。誤差分析(1) 系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身是否符合要求。1碰撞是否為一維碰撞。2實驗是否滿足動量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平等。(2) 偶然誤差：主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。注意事項(1) 碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。(2) 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。(3) 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)在同一豎直平面內(nèi)。(4) 若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一個小木片以平衡摩擦力。(5) 若

5、利用斜槽進行實驗， 入射球質(zhì)量m要大于被碰球質(zhì)量m，即mm，防止碰后m被反彈， 且兩球半徑ri=r2=r。實驗熱點突破實臉熱點菩空岳破熱點一教材原型實驗【例 1】 某同學(xué)用如圖 6 甲所示裝置來驗證動量守恒定律，實驗時先讓小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下， 在水平地面上的記錄紙上留下痕跡， 重復(fù) 10 次；然后再把小 球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球 分別落在記錄紙的不同位置處，重復(fù) 10 次。回答下列問題：圖 6(1)_在安裝實驗器材5時斜槽的末端應(yīng) _。小球a、b質(zhì)量m、m的大小關(guān)系應(yīng)滿足m_m,兩球的半徑應(yīng)滿足ra_rb。(填“

6、”“ r.Ik!.fJ.SH單位；cm8已測得小車A的質(zhì)量mA= 0.40 kg，小車B的質(zhì)量 0.20 kg，則由以上結(jié)果可得碰前 解析(1)因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B黏在一起，其共同速度比A原來的速度小。所以，應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大的BC段計算A碰前的速度，選點跡分布均勻且點距較小的DE段計算A和B碰后的速度。-210.50X10由題圖可知，碰前 A 的速度和碰后A B的共同速度分別為：VA=0 02X 5m/s = 1.05故碰撞前：RAVA+mvB= 0.40X1.05 kg m/s+ 0.20X0 kg m/s= 0.420 kg m/s。碰撞后：RAVA

7、+mvB= (m+RB)VA=(0.40 + 0.20)X0.695 kg m/s= 0.417 kg m/s。(3)數(shù)據(jù)處理表明，RAVA+nBVBRAVA+RBVB，即在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，A B碰撞前后總的物理量mv是不變的。答案BC DE(2)0.4200.417(3)mv熱點二實驗拓展創(chuàng)進正下方時與球 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A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b, C點與桌子邊沿間的水平距離為c。此處,mvA+mvB=kg - m/s,碰后mvA+mBVB

8、 =kgm/so(3)從實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來看,A、B碰撞的過程中，可能哪個物理量是不變的?6.95X100.02X5m/s = 0.695 m/s【例 2】 如圖 9 是用來驗證動量守恒的實驗裝置,彈性球 1 用細線懸掛于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m/s,9(2)_ 根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為 _。(忽略小球的大小)解析(1)要驗證動量守恒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,由機

9、械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測量彈性球 1 的質(zhì)量m,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(1)還需要測量的量是10球 2 碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2 的質(zhì)量和立柱高h、桌面高H就能求出彈性球 2 的動量變化。(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動量守恒的方程【變式訓(xùn)練 2】 某同學(xué)利用電火花計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的實驗。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖 10(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的 兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔 中噴出，使滑塊

10、穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的圖 10(1)下面是實驗的主要步驟：1安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；2向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；3把電火花計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器與彈射架 并固定在滑塊 1 的左端，調(diào)節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水 平方向；4使滑塊 1 擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；5把滑塊 2 放在氣墊導(dǎo)軌的中間；6先_，然后_ ，讓滑塊帶動紙帶一起運動；7取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如圖(b)所示；8測得滑塊 1 的質(zhì)量為 310 g，滑塊 2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為

11、205 g。 完善實驗步驟的內(nèi)容。2m ah= 2m bh+答案(1)彈性球 1、2 的質(zhì)量m、mi立柱高h桌面高H(2)2m ah= 2m bh+ 172/H+h蝶架滑如滑塊2f 1彈射黑17-、導(dǎo)軌標(biāo)尺 41 * )6.8 cm*20.0 cm11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以前系統(tǒng)的總動量為_kg - m/s;兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為 _ kg - m/s。（結(jié)果均保留 3位有效數(shù)字）（3）試說明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 _解析（1）使用打點計時器時， 先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點計時器的電源，后釋放滑塊 1。（2）放開滑塊

12、1 后，滑塊 1 做勻速運動，跟滑塊 2 發(fā)生碰撞后跟 2 一起做勻速運動，根據(jù)紙帶0 2的數(shù)據(jù)得碰撞前滑塊1 的動量為p1= mv1= 0.310 x01 kg m/s= 0.620 kg m/s,滑塊 2 的動量為零，所以碰撞前的總動量為0.620 kg m/s；碰撞后滑塊 1、2 速度相等，所以碰撞后總動量為(m+m)V2= (0.310 + 0.205)xkg m/s= 0.618 kg m/s結(jié)果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用。答案（1）接通打點計時器的電源釋放滑塊 1（2）0.620 0.618（3）紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力的作用對接高若演練提升

13、1.（多選）如圖 11 在利用懸線懸掛等大小球進行驗證動量守恒定律的實驗中,是（）圖 11A. 懸掛兩球的線長度要適當(dāng)，且等長B. 由靜止釋放小球以便較準(zhǔn)確地計算小球碰前的速度C. 兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同D. 兩小球碰后可以粘合在一起共同運動解析 兩線等長能保證兩球正碰，以減小實驗誤差，所以A 正確；由于計算碰撞前速度時用1到了mgh=mV 0,即初速度為 0, B 正確；本實驗中對小球的彈性性能無要求，C 錯誤；兩F 列說法正確的12球正碰后，有各種運動情況，所以D 正確。答案 ABD2.(2017 湖南三湘大聯(lián)考)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

14、形成氣墊，使滑塊懸浮在水平導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運動可視為沒有摩擦。我們 可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律， 實驗裝置如圖 12 所示(彈簧的長度忽略不計)，實驗步驟如下：CDtzHn-uu圖 12a. 用天平分別測出滑塊A B的質(zhì)量m、帀。b. 調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平狀態(tài)。c. 在A和B之間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上。d. 用刻度尺測出A的左端到C的距離Li。e. 按下電鈕，放開卡銷，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作。當(dāng)滑塊A、B分別碰撞擋板C D時停止計時，記下滑塊A到達擋板C和滑塊B到達擋板D的運動時

15、間ti和t2。(1) 實驗中還應(yīng)測量的物理量是 _ 。(2) 利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，可得出驗證動量守恒定律的表達式是_。上式中算得的滑塊A、B的動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因可能是_。(至少寫出兩點)解析(1)設(shè)B的右端至D的距離為L2,彈簧的長度忽略不計，放開卡銷后滑塊A B的速度大小分別為VA=M，VB=。若要驗證滑塊A、B與輕彈簧組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒，t1t2L1L2有 0=RAVA-mvB,聯(lián)立以上兩式解得 0= m mB，所以還應(yīng)測量的物理量是B的右端到D的距離L2。(2)由(1)分析可知驗證動量守恒定律的表達式是L1L2mAnB.= 0。t1t2產(chǎn)生誤差的原因可能

16、是測量RA、RB、L1、L2、t1、t2時帶來的誤差；氣墊導(dǎo)軌不水平；滑塊 與氣墊導(dǎo)軌間有摩擦。13LiL2答案 B的右端至D的距離L2（2）m百一陀=0（3）見解析3.某同學(xué)用如圖 13 所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來探究碰撞過程中的不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10 次，得到 10 個落點痕跡。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方， 讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。 重復(fù)這種操作 10 次。圖中0點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點。（1）安裝器材時要注意：