高考總復(fù)習(xí)物理隨堂課件與課后習(xí)題第六章動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)8驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實(shí)驗(yàn)8驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第六章2023內(nèi)容索引010203強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破練思維遷移運(yùn)用強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證動(dòng)量守恒定律。二、實(shí)驗(yàn)思路在一維碰撞中,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(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動(dòng)量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。[方案一]利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(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、膠布、撞針、橡皮泥、游標(biāo)卡尺等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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。

作用是減少摩擦力3.實(shí)驗(yàn):接通電源,利用配套的數(shù)字計(jì)時(shí)裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度)。數(shù)據(jù)記錄分析處理1.滑塊速度的測量:v=,式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出,也可直接測量),Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時(shí)間。2.驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。[方案二]利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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?yàn)槿肷湫∏颉?.安裝:按照如圖甲所示的原理圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。

保證平拋甲

3.鋪紙:白紙?jiān)谙?復(fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下鉛垂線所指的位置O。

確定水平運(yùn)動(dòng)初始點(diǎn)4.單球找點(diǎn):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(diǎn)圈在里面。圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。5.碰撞找點(diǎn):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(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,如圖乙所示。改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?重復(fù)實(shí)驗(yàn)。乙數(shù)據(jù)記錄分析處理1.小球水平射程的測量:連接ON,測量線段OP、OM、ON的長度。2.驗(yàn)證的表達(dá)式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。三、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:主要來源于實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)操作等。(1)碰撞是否為一維碰撞。(2)氣墊導(dǎo)軌是否完全水平,入射小球的釋放高度存在差異。2.偶然誤差:主要來源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測量。四、注意事項(xiàng)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,給滑塊的初速度應(yīng)沿著導(dǎo)軌的方向。(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。易錯(cuò)辨析

(1)方案二中,可以不用測量小球的質(zhì)量。(

)(2)實(shí)驗(yàn)中研究對象是相互碰撞的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)。(

)(3)實(shí)驗(yàn)中,兩個(gè)物體碰撞前要沿同一直線,碰撞后可不沿同一直線運(yùn)動(dòng)。(

)(4)方案一中導(dǎo)軌必須保持水平狀態(tài)。(

)×√×√應(yīng)用提升1.如圖所示,某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn),所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。實(shí)驗(yàn)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接通數(shù)字計(jì)時(shí)器;④把滑塊2靜止放在氣墊導(dǎo)軌的中間;⑤滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩;⑥釋放滑塊1,滑塊1通過光電門1后與左側(cè)帶有固定彈簧(未畫出)的滑塊2碰撞,碰后滑塊2和滑塊1依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門2后依次被制動(dòng);⑦讀出滑塊通過光電門的擋光時(shí)間,滑塊1通過光電門1的擋光時(shí)間Δt1=10.01ms,通過光電門2的擋光時(shí)間Δt2=49.99ms,滑塊2通過光電門2的擋光時(shí)間Δt3=8.35ms;⑧測出擋光板的寬度d=5mm,測得滑塊1的質(zhì)量為m1=300g,滑塊2(包括彈簧)的質(zhì)量為m2=200g。(1)實(shí)驗(yàn)中氣墊導(dǎo)軌的作用是

;

(2)碰撞前滑塊1的速度v1為

m/s,碰撞后滑塊1的速度v2為

m/s,碰撞后滑塊2的速度v3為

m/s;(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(3)碰撞前系統(tǒng)的總動(dòng)量為m1v1=

;碰撞后系統(tǒng)的總動(dòng)量為m1v2+m2v3=

;由此可得實(shí)驗(yàn)結(jié)論:

。

答案

(1)減小因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差,保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的

(2)0.50

0.10

0.60

(3)0.15kg·m/s

0.15kg·m/s

在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),兩滑塊相互作用的過程,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒解析

(1)氣墊導(dǎo)軌的使用大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差,且保證兩個(gè)滑塊的碰撞是一維的。(3)系統(tǒng)碰撞之前m1v1=0.15

kg·m/s系統(tǒng)碰撞之后m1v2+m2v3=0.15

kg·m/s通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可得結(jié)論:在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),兩滑塊相互作用的過程,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。2.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),在小車A的前端黏有橡皮泥,設(shè)法使小車A做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止的小車B相碰并黏在一起,繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng),如圖甲所示,在小車A的后面連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz,長木板下的墊塊用以平衡摩擦力。若已得到打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離。在圖上標(biāo)出A為運(yùn)動(dòng)起始的點(diǎn),則應(yīng)選

段來計(jì)算A碰前的速度,應(yīng)選

段來計(jì)算A和B碰后的共同速度。

答案

BC

DE解析

由于碰撞之后共同勻速運(yùn)動(dòng)的速度小于碰撞之前A獨(dú)自運(yùn)動(dòng)的速度,故AC應(yīng)在碰撞之前,DE應(yīng)在碰撞之后。推動(dòng)小車由靜止開始運(yùn)動(dòng),故小車有個(gè)加速過程,在碰撞前做勻速直線運(yùn)動(dòng),即在相同的時(shí)間內(nèi)通過的位移相同,故BC段為勻速運(yùn)動(dòng)的階段,故選BC計(jì)算碰前的速度。碰撞過程是一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)的過程,而A和B碰后共同運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng),故在相同的時(shí)間內(nèi)通過相同的位移,故應(yīng)選DE段來計(jì)算碰后共同的速度。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)典例1.某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,圖中CQ是斜槽,QR為水平槽,二者平滑相接,調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置,使小球放在QR上時(shí)恰能保持靜止,實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下,落到位于水平地面上的記錄紙上,留下痕跡。重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡。然后把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(diǎn)痕跡。重復(fù)這種操作10次。甲

乙圖甲中O是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn),P為未放被碰球B時(shí)A球的平均落點(diǎn),M為與B球碰后A球的平均落點(diǎn),N為被碰球B的平均落點(diǎn),P、M、N點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別為LOP、LOM、LON。若B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示,其中米尺水平放置,且平行于OP。米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對齊。(1)入射球A的質(zhì)量mA和被碰球B的質(zhì)量mB的關(guān)系是mA

mB(選填“>”“<”或“=”)。

(2)碰撞后B球的水平射程約為

cm。

(3)若系統(tǒng)動(dòng)量守恒,則應(yīng)有關(guān)系式

。(用物理量的符號表示)

思維點(diǎn)撥

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,質(zhì)量可測,而測量瞬時(shí)速度較難。在落地高度不變的情況下,可以用水平射程來反映平拋的初速度大小,所以僅測量小球拋出的水平射程就可以間接測出速度。過程中小球釋放高度不需要測量,小球拋出高度也不要求測量。最后可通過質(zhì)量與水平射程乘積來驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒。答案

(1)>

(2)64.7(64.2~65.2均可)

(3)mA·LOP=mA·LOM+mB·LON解析

(1)要使兩球碰后都向右運(yùn)動(dòng),A球質(zhì)量應(yīng)大于B球質(zhì)量,即mA>mB。(2)將10個(gè)點(diǎn)圈在圓內(nèi)的最小圓的圓心為平均落點(diǎn),可由米尺測得碰撞后B球的水平射程約為64.7

cm。(3)若動(dòng)量守恒,需驗(yàn)證的關(guān)系式為mAvA=mAvA'+mBvB'代入上式得mA·LOP=mA·LOM+mB·LON考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新

1.利用動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒計(jì)算彈丸的發(fā)射速度。2.考查減小實(shí)驗(yàn)誤差的措施,體會(huì)物理知識和物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

丙1.利用鋁質(zhì)導(dǎo)軌研究完全非彈性碰撞。2.利用閃光照相機(jī)記錄立方體滑塊碰撞前后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,從而確定滑塊碰撞前后的速度。3.利用數(shù)字計(jì)時(shí)器進(jìn)行斜槽滾球?qū)嶒?yàn)實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新

1.用壓縮彈簧的方式使兩滑塊獲得速度,可使兩滑塊的合動(dòng)量為零。2.利用v=的方式獲得滑塊彈離時(shí)的速度。3.根據(jù)能量守恒定律測定彈簧的彈性勢能典例2.(2021湖南高三一模)如圖所示,在水平桌面的左端固定一個(gè)圓弧槽滑道,滑道的末端與水平桌面相切。桌面的右端附近固定一個(gè)光電門。直徑為d、質(zhì)量為m1的小球1從圓弧槽上某處由靜止釋放。下滑到水平桌面向右運(yùn)動(dòng)通過光電門與靜止在桌面右邊緣的質(zhì)量為m2的小球2發(fā)生正碰,碰后小球1向左彈回,小球2離開桌面做平拋運(yùn)動(dòng)。測出小球1連續(xù)兩次通過光電門的時(shí)間分別為t1、t2(光電門與球心等高),桌面離水平地面高度為h,小球2碰后做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移為x。(1)若兩球的碰撞為彈性碰撞,則兩球的質(zhì)量大小關(guān)系應(yīng)滿足m2

(選填“<”“>”或“=”)m1。

(2)改變小球1在圓弧槽上靜止釋放的位置,重復(fù)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中測出多組t1、t2與x的數(shù)據(jù)。若要驗(yàn)證兩小球在碰撞過程中動(dòng)量守恒,則需要滿足的關(guān)系式為

;若碰撞過程是彈性碰撞,則還需要滿足關(guān)系式

。(用題中所給物理量的符號表示)

思維點(diǎn)撥

本題屬于器材和過程創(chuàng)新。

解析

(1)設(shè)小球1碰撞前后的速度分別為v1、v1',小球2碰撞后的速度為v2',取水平向右為正方向,彈性碰撞滿足m1v1=m1v1'+m2v2‘由于碰后m1向左彈回,則有m1-m2<0即m2>m1。練思維遷移運(yùn)用1.(2021河北保定一模)某同學(xué)設(shè)計(jì)用如圖甲所示的裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。步驟一:用墊塊墊起長木板的右端,使之具有一定的傾角,調(diào)節(jié)傾角,輕推甲

一下滑塊1(前端粘有橡皮泥,后端連接紙帶)或者滑塊2使他們均能在長木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。步驟二:把滑塊2放在長木板合適的位置,滑塊1靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,輕推一下滑塊1,滑塊1向下運(yùn)動(dòng)與滑塊2發(fā)生碰撞并粘在一起。步驟三:一段時(shí)間后關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,取下紙帶。更換紙帶后重復(fù)第二步操作。步驟四:選取點(diǎn)跡清晰的紙帶,標(biāo)出若干計(jì)數(shù)點(diǎn),測量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。其中一條紙帶的數(shù)據(jù)如圖乙所示。乙(1)由紙帶及其數(shù)據(jù)來看,紙帶的

(選填“左”或“右”)端連接滑塊1。在打下

點(diǎn)和

點(diǎn)之間的時(shí)間內(nèi),滑塊1、2發(fā)生碰撞。

(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)跡沒有畫出來,碰撞前滑塊1的速度大小是

m/s,碰撞后粘連體的速度大小是

m/s。(結(jié)果均保留兩位小數(shù))

(3)測得滑塊1、2的質(zhì)量均為0.20kg,碰撞前滑塊1的動(dòng)量是

kg·m/s。碰撞后滑塊1、2的總動(dòng)量是

kg·m/s。(結(jié)果均保留三位小數(shù))

(4)通過計(jì)算可以得出結(jié)論:

。

答案

(1)右

D

E

(2)0.60

0.29

(3)0.120

0.116

(4)在一定誤差范圍內(nèi),碰撞過程滿足動(dòng)量守恒解析

(1)碰撞前1的速度較大,碰撞后粘合在一起速度較小,由題圖乙所示數(shù)據(jù)來看,紙帶的右端連接滑塊1。在打下D點(diǎn)和E點(diǎn)之間的時(shí)間內(nèi),1、2發(fā)生碰撞。(3)碰撞前滑塊1的動(dòng)量是p1=m1v1=0.120

kg·m/s,碰撞后滑塊1、2的總動(dòng)量是p2=(m1+m2)v2=0.116

kg·m/s。(4)通過計(jì)算可以得出結(jié)論:在一定誤差范圍內(nèi),碰撞過程滿足動(dòng)量守恒。2.用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架,它們的上端裝有等寬的擋光片。(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平,借助光電門來檢驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是

。

(2)為了研究兩滑塊所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動(dòng)量關(guān)系,實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行。第一次:讓滑塊A置于光電門1的左側(cè),滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。給A一個(gè)向右的初速度,通過光電門1的時(shí)間為Δt1,A與B碰撞后又分開,滑塊A再次通過光電門1的時(shí)間為Δt2,滑塊B通過光電門2的時(shí)間為Δt3。第二次:在兩彈性碰撞架的前端貼上雙面膠,同樣讓滑塊A置于光電門1的左側(cè),滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置。給A一個(gè)向右的初速度,通過光電門1的時(shí)間為Δt4,A與B碰撞后粘連在一起,滑塊B通過光電門2的時(shí)間為Δt5。為完成該實(shí)驗(yàn),還必須測量的物理量有

(填選項(xiàng)前字母)。

A.擋光片的寬度d B.滑塊A的總質(zhì)量m1C.滑塊B的總質(zhì)量m2 D.光電門1到光電門2的間距L(3)在第二次實(shí)驗(yàn)中若滑塊A和B在碰撞的過程中動(dòng)量守恒,則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為

(用已知量和測量量表示)。

(4)在第一次實(shí)驗(yàn)中若滑塊A和B在碰撞的過程中機(jī)械能守恒,則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為

(用已知量和測量量表示)。

答案

(1)使其中一個(gè)滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),看滑塊經(jīng)過兩光電門的時(shí)間是否相等,若相等,則導(dǎo)軌水平(2)BC3.(2021陜西高三二模)在實(shí)驗(yàn)室里為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,采用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。先將入射小球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開始滾下,在四分之一圓弧軌道上留下壓痕,再把被碰小球b放在斜槽軌道末水平段的最右端,讓入射小球a仍從固定點(diǎn)由靜止開始滾下,和被碰小球b相碰后,兩球分別落在圓弧的不同位置處,重復(fù)多次,找到平均落點(diǎn)M、P、N。用量角器量出O'P、O'M、O'N與豎直方向的夾角分別為θ1、θ2、θ3。(1)若入射小球a質(zhì)量為m1,半徑為r1;被碰小球b質(zhì)量為m2,半徑為r2,則

;

A.m1>m2,r1>r2

B.m1>m2,r1<r2C.m1>m2,r1=r2

D.m1<m2,r1=r2(2)放上被碰小球b,兩球相碰后,小球a的落地點(diǎn)是圖中圓弧面上的

點(diǎn),小球b的落地點(diǎn)是圖中圓弧面上的

點(diǎn);

(3)入射小球a的質(zhì)量為m1,被碰小球b的質(zhì)量為m2,則在用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí),所得驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的公式為

。(用題中所給物理量的字母表示