(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第6章實(shí)驗(yàn)八《驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律》(含解析)

動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用第六章實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律主干梳理對(duì)點(diǎn)激活[實(shí)驗(yàn)方案一]利用滑塊和氣墊導(dǎo)軌完成實(shí)驗(yàn)[實(shí)驗(yàn)器材]氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、尼龍搭扣、撞針、橡皮泥等。[實(shí)驗(yàn)方案二]利用擺長(zhǎng)相等的擺球完成實(shí)驗(yàn)[實(shí)驗(yàn)器材]帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等。[實(shí)驗(yàn)步驟]1．用天平測(cè)出兩個(gè)等大小球的質(zhì)量m1、m2。2．把兩個(gè)等大小球用等長(zhǎng)懸線懸掛起來(lái)。3．一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下后它們相碰。4．測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度，測(cè)量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度。5．改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。[實(shí)驗(yàn)步驟]1．用天平測(cè)出兩小車(chē)的質(zhì)量。2．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)的后面，在兩小車(chē)的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。3．接通電源，讓小車(chē)A運(yùn)動(dòng)，小車(chē)B靜止，兩車(chē)碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車(chē)連接成一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)。4．改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(①改變小車(chē)A的初速度；②改變兩小車(chē)的質(zhì)量)。[實(shí)驗(yàn)步驟]1．用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?避免入射小球反彈)。2．按照如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3．白紙?jiān)谙?，?fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下鉛垂線所指的位置O。4．不放被撞小球，每次讓入射小球(質(zhì)量為m1)從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫(huà)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。5．把被撞小球(質(zhì)量為m2)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(shí)驗(yàn)10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N。如圖所示。6．連接ON，測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中。1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。2．方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(2)若利用擺球進(jìn)行驗(yàn)證，兩擺球靜止時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直。(3)若利用兩小車(chē)相碰進(jìn)行驗(yàn)證，要注意平衡摩擦力。(4)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證，安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整斜槽，使斜槽末端水平，且選質(zhì)量較大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?．探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不變。1．系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求。(1)碰撞是否為一維(即正碰)，為此兩球應(yīng)等大，且速度沿球心連線方向。(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平，用長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)時(shí)是否平衡了摩擦力。2．偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測(cè)量。考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與操作例1

(2020·福建省龍巖市高三下學(xué)期3月教學(xué)質(zhì)量檢查)在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)中小球運(yùn)動(dòng)軌跡及平均落點(diǎn)的情況如圖所示，回答下列問(wèn)題：(1)本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量是___________(填選項(xiàng)前的字母)。A．小球的質(zhì)量ma、mbB．小球離開(kāi)斜槽后飛行的時(shí)間ta、tbC．小球離開(kāi)斜槽后飛行的水平射程xA、xB、xCD．槽口到水平地面的豎直高度H(2)實(shí)驗(yàn)中重復(fù)多次讓小球a從斜槽上的同一位置釋放，其中“同一位置釋放”的目的是_______________________________________________。(3)放置被碰小球b前后，小球a的落點(diǎn)位置分別為圖中的___________和________。AC

為了保證小球每次平拋的初速度相同

B

A

嘗試解答嘗試解答[變式1]

(2020·安徽省合肥市肥東縣高三3月線上調(diào)研)某同學(xué)利用如下實(shí)驗(yàn)裝置研究?jī)晌矬w碰撞過(guò)程中的守恒量。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①如圖所示，將白紙、復(fù)寫(xiě)紙固定在豎直放置的木條上，用來(lái)記錄實(shí)驗(yàn)中球1、球2與木條的撞擊點(diǎn)；③將木條平移到圖中所示位置，讓入射球1從斜軌上A點(diǎn)由靜止釋放，確定撞擊點(diǎn)；④把球2靜止放置在水平槽的末端，讓入射球1從斜軌上A點(diǎn)由靜止釋放，確定球1和球2相撞后的撞擊點(diǎn)；⑤測(cè)得B′與N、P、M各點(diǎn)的高度差分別為h1、h2、h3。根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：(1)兩小球的質(zhì)量關(guān)系為m1_____________m2(填“>”“＝”或“<”)。＞

(2)木條平移后，在不放小球2時(shí)，將小球1從斜軌上A處由靜止開(kāi)始釋放，球1的落點(diǎn)在圖中的________________________點(diǎn)，把小球2放在斜軌末端邊緣B處，讓小球1從斜軌上A處由靜止開(kāi)始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球1的落點(diǎn)在圖中的________________________點(diǎn)。(3)若再利用天平測(cè)量出兩小球的質(zhì)量分別為m1、m2，則滿足

___________________________表示兩小球碰撞前后動(dòng)量守恒；若滿足

______________________________________表示兩小球碰撞前后的機(jī)械能守恒。P

M

解析解析考點(diǎn)2數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2

(2020·安徽省宣城市高三下第二次調(diào)研)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，小車(chē)P的前端粘有橡皮泥，后端連接通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，在長(zhǎng)木板右端墊放木塊以平衡摩擦力，推一下小車(chē)P，使之運(yùn)動(dòng)，與靜止的小車(chē)Q相碰粘在一起，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。(1)實(shí)驗(yàn)獲得的一條紙帶如圖乙所示，根據(jù)點(diǎn)跡的不同特征把紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行了區(qū)域劃分，用刻度尺測(cè)得各點(diǎn)到起點(diǎn)A的距離。根據(jù)碰撞前后小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)選紙帶上________________________段來(lái)計(jì)算小車(chē)P的碰前速度。BC

<

嘗試解答嘗試解答[變式2]

(2020·廣東省深圳市高三第二次線上統(tǒng)一測(cè)試)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室使用半徑相同的兩個(gè)小球，按如圖實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。他的主要實(shí)驗(yàn)操作如下：①用天平測(cè)量a、b兩球的質(zhì)量m1和m2②用游標(biāo)卡尺測(cè)出兩個(gè)小球的直徑d③

2%

解析考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新例3

(2020·湖北省武漢市高三下六月模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球A、B的直徑d，其示數(shù)如圖b所示，用天平測(cè)量小球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2；②用兩條細(xì)線分別將球A、B懸掛于同一水平高度，且自然下垂時(shí)兩球恰好相切，球心位于同一水平線上；③將球A向左拉起使其懸線與豎直方向的夾角為α?xí)r由靜止釋放，與球B碰撞后，測(cè)得球A向左擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為θ1，球B向右擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角為θ2。回答下列問(wèn)題：(1)小球的直徑d＝________________________cm；2.20

(2)若兩球碰撞前后的動(dòng)量守恒，則其表達(dá)式可表示為_(kāi)__________

_______________________________________________________(用①③中測(cè)量的量表示)；(3)完成實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)一步探究。用質(zhì)量相同的A、B兩球重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②③，發(fā)現(xiàn)A球與B球碰撞后，A球靜止，B球向右擺到最高點(diǎn)時(shí)其懸線與豎直方向的夾角略小于α，由此他們判斷A、B兩球的碰撞是____________________________________(填“彈性碰撞”“非彈性碰撞”或“完全非彈性碰撞”)。m1

彈性碰撞

嘗試解答嘗試解答嘗試解答[變式3－1]

(2020·山東東營(yíng)一中下學(xué)期開(kāi)學(xué)考試)為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量和能量是否守恒，某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量相差比較大的小鋼球，按下述步驟做了實(shí)驗(yàn)：A．用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)。B．按圖示安裝好實(shí)驗(yàn)器材，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。C．先不放小球2，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置。D．將小球2放在斜槽末端邊緣處，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球1和2在斜面上的落點(diǎn)位置。E．用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離，圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D、LE、LF。根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題：(1)在不放小球2時(shí)，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，小球1的落點(diǎn)在圖中的________________________點(diǎn)；把小球2放在斜槽末端邊緣處，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球1的落點(diǎn)在圖中的________________________點(diǎn)。(2)若碰撞過(guò)程中，滿足表達(dá)式________________________________，則該碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒；若碰撞過(guò)程中，滿足表達(dá)式__________

_________________，則該碰撞過(guò)程機(jī)械能守恒。(用m1、m2、LD、LE、LF表示)E

D

m1LE＝m1LD＋m2LF

A

解析解析[變式3－2]

(2020·東北三省四市教研聯(lián)合體高三下模擬)某同學(xué)設(shè)計(jì)了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：固定有光電門(mén)的長(zhǎng)木板、數(shù)字計(jì)時(shí)器、一端帶有遮光片的滑塊A(總質(zhì)量為M)、粘有橡皮泥的滑塊B(總質(zhì)量為m)等。將長(zhǎng)木板水平放置，遮光片寬度為d(d很小)，重力加速度為g，用相應(yīng)的已知物理量符號(hào)回答下列問(wèn)題：(1)如圖a所示，使A具有某一初速度，記錄下遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t和A停止滑動(dòng)時(shí)遮光片與光電門(mén)的距離L，則A經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度可表示

為v＝________；A與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝_____________。(2)如圖b所示，仍使A具有某一初速度，并與靜止在正前方的B發(fā)生碰撞(碰撞時(shí)間極短)，撞后粘在一起繼續(xù)滑行。該同學(xué)記錄了遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t0，A、B撞前B左端距光電門(mén)的距離s1，以及A、B撞后它們一起滑行的距離s2，若A、B材料相同，它們與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)用字母μ表示，如需驗(yàn)證A、B系統(tǒng)碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒定律，只需驗(yàn)證

_________________________________________成立即可。解析高考模擬隨堂集訓(xùn)1．(2020·寧夏銀川九中、石嘴山三中、平羅中學(xué)三校高三下聯(lián)考)用如圖所示的裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律?；瑝K在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力不計(jì)，其上方擋光條到達(dá)光電門(mén)D(或E)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；擋光條到達(dá)光電門(mén)C(或F)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：a．用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB；b．給氣墊導(dǎo)軌通氣并調(diào)整使其水平；c．調(diào)節(jié)光電門(mén)，使其位置合適，測(cè)出光電門(mén)C、D間的水平距離L；d．A、B之間緊壓一輕彈簧(與A、B不粘連)，并用細(xì)線拴住，如圖靜置于氣墊導(dǎo)軌上；e．燒斷細(xì)線，A、B各自運(yùn)動(dòng)，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前A、B均未到達(dá)光電門(mén)，從計(jì)時(shí)器上分別讀取A、B在兩光電門(mén)之間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間tA、tB。(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量x是________________________________

(用文字表達(dá))。光電門(mén)E、F間的水平距離

(2)利用上述測(cè)量的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是__________

___________________(用題中所給的字母表示)。(3)利用上述數(shù)據(jù)還能測(cè)出燒斷細(xì)線前彈簧的彈性勢(shì)能Ep＝

_______________________________________(用題中所給的字母表示)。mA

解析2．(2020·山東省二模)某同學(xué)在利用氣墊導(dǎo)軌、滑塊、數(shù)字計(jì)時(shí)器、光電門(mén)等器材驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，用到兩個(gè)相同的光電門(mén)1和2及質(zhì)量分別為400g、200g的滑塊A和B，兩滑塊上分別固定有寬度相同的長(zhǎng)方形遮光片。部分實(shí)驗(yàn)操作如下：(1)用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度，示數(shù)如圖甲所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______________cm。某次測(cè)量中，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為40.0ms，則滑塊的速度大小為_(kāi)________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。2.002

0.501

(2)研究?jī)蓚€(gè)滑塊的彈性碰撞：實(shí)驗(yàn)中給某個(gè)靜止滑塊適當(dāng)?shù)某跛俣龋蛊鋸淖笙蛴疫\(yùn)動(dòng)，與另一靜止的滑塊發(fā)生彈性碰撞，碰后兩滑塊的速度方向相同。據(jù)此判斷，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，氣墊導(dǎo)軌上放置的器材1、器材2、器材3、器材4(如圖乙)從左到右依次應(yīng)為_(kāi)_______________________。a．光電門(mén)1、滑塊A、滑塊B、光電門(mén)2b．光電門(mén)1、滑塊B、滑塊A、光電門(mén)2c．滑塊A、光電門(mén)1、滑塊B、光電門(mén)2d．滑塊B、光電門(mén)1、滑塊A、光電門(mén)2c

(3)研究?jī)蓚€(gè)滑塊的完全非彈性碰撞：實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)滑塊碰撞后粘在一起，從左向右先后通過(guò)某一光電門(mén)。測(cè)得先通過(guò)該光電門(mén)的遮光片速度大小為0.309m/s，后通過(guò)該光電門(mén)的另一遮光片速度大小為0.311m/s。若上述速度大小的差別由單一因素引起，該因素可能是______________或________________________。a．遮光片傾斜b．空氣阻力c．氣墊導(dǎo)軌不水平，左低右高d．氣墊導(dǎo)軌不水平，左高右低a

d

解析解析3．(2020·山東省青島市二模)如圖，是用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，滑塊1的質(zhì)量m1＝0.20kg，滑塊2的右端面固定一小塊橡皮泥，其總質(zhì)量m2＝0.10kg。兩滑塊上均裝有寬度d＝0.50cm的遮光條，在兩滑塊間合適位置裝有光電門(mén)1，在滑塊2左側(cè)適當(dāng)位置裝有光電門(mén)2。將滑塊1置于導(dǎo)軌右端，然后用橡皮錘水平敲擊滑塊1，滑塊1經(jīng)過(guò)光電門(mén)1，數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為0.050s，滑塊1與滑塊2碰撞后粘在一起，碰撞后滑塊2與滑塊1先后經(jīng)過(guò)光電門(mén)2，數(shù)字計(jì)時(shí)器先后顯示的時(shí)間分別為0.068s和0.065s。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)對(duì)于滑塊1與滑塊2組成的系統(tǒng)，碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)量為_(kāi)___________kg·m/s，碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)量為_(kāi)___________kg·m/s。(計(jì)算結(jié)果均保留兩位有