實(shí)驗(yàn)八　驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

實(shí)驗(yàn)八

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律必備知識(shí)·自主排查關(guān)鍵能力·分層突破必備知識(shí)·自主排查一、實(shí)驗(yàn)思路及基本操作裝置圖與思路案例1思路：(1)兩個(gè)滑塊碰撞前沿同一條直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)．

(2)物理量的測(cè)量：測(cè)量質(zhì)量、速度．操作要領(lǐng)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)量?jī)苫瑝K質(zhì)量m1、m2.調(diào)水平：調(diào)整導(dǎo)軌使之處于水平狀態(tài)，并使光電計(jì)時(shí)器系統(tǒng)正常工作．記錄：記錄光電門擋光片的寬度Δx以及光電計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間Δt.填表：將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的物理量填入表格．裝置圖與思路案例2思路：讓入射球A從同一位置C釋放，測(cè)出不發(fā)生碰撞時(shí)球A飛出的水平距離lOP，再測(cè)出球A、B碰撞后分別飛出的水平距離lOM、lON.操作要領(lǐng)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩球的質(zhì)量．安裝：斜槽末端切線必須沿水平方向．起點(diǎn)：入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放．鋪紙：白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好，記下重垂線所指的位置O.測(cè)距離：用小球平拋的水平位移替代速度，用刻度尺量出O到所找圓心的距離．(6)改變C點(diǎn)位置：重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．方案2碰撞找點(diǎn)：把被碰小球B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．標(biāo)出碰撞前、后入射小球A落點(diǎn)的平均位置P、M和被碰小球B落點(diǎn)的平均位置N.如

圖1所示．驗(yàn)證：測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度．將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立．注意事項(xiàng)方案1：(1)氣墊導(dǎo)軌一定要調(diào)水平．(2)給滑塊的初速度應(yīng)沿著導(dǎo)軌的方向．方案2：(1)調(diào)整斜槽末端切線水平，保證小球碰后均做平拋運(yùn)動(dòng)．

(2)入射小球與被碰小球的平拋起點(diǎn)相同．選質(zhì)量較大的小球作為入射小球，即m入>m被碰．小球碰撞前后做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，因此，可用平拋的水平位移替代平拋的初速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．以最小的圓包括小球的落地點(diǎn)，則該圓的圓心即為小球落點(diǎn)的平均位置．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．誤差分析方案1:(1)主要來源于實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)操作等．

(2)碰撞是否為一維．(3)氣墊導(dǎo)軌是否完全水平．方案2：(1)主要來源于質(zhì)量m1、m2的測(cè)量．

(2)小球落點(diǎn)的確定．(3)小球水平位移的測(cè)量．關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一

教材原型實(shí)驗(yàn)例1

[2021·北京豐臺(tái)高三上學(xué)期期中]一位同學(xué)利用如圖所示的裝置進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)．他安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，斜槽與水平槽之間平滑連接．槽的末端水平．在水平地面上依次鋪上白紙、復(fù)寫紙，記下鉛垂線所指的位置O.選擇兩個(gè)半徑相同的小球開始實(shí)驗(yàn)。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：不放球2，使球1從斜槽上某一固定位置由靜止開始滾下，落到復(fù)寫紙上，在下面的白紙上留下落點(diǎn)痕跡．多次重復(fù)上述操作．把球2放在水平槽末端位置，讓球1仍從原位置由靜止開始滾下，與球2碰撞后，兩球分別在白紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡．多次重復(fù)上述操作．在記錄紙上確定M、P、N為三個(gè)落點(diǎn)的平均位置．大于B正確【跟進(jìn)訓(xùn)練】1.某同學(xué)用圖1所示的“碰撞實(shí)驗(yàn)器”驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，圖中AB是斜槽，BC為水平槽．實(shí)驗(yàn)中通過僅測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的

水平位_移_(選填“水平位移”或“豎直位移”)，可間接得到小球碰撞前后的速度關(guān)系．實(shí)驗(yàn)時(shí)先使入射球m1從斜槽上某一固定位置S多次由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，從而確定P點(diǎn)的位置．再把被碰

球m2放在水平槽末端，讓球m1仍從位置S多次由靜止開始滾下，跟球m2碰撞后，兩球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，從而確定M、N點(diǎn)的位置．其中確定P點(diǎn)位置的多次落點(diǎn)痕跡如圖2所示，刻度尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊，則OP＝

4_4_._8_0_(_4_4_._7_0_～44_._9c0m).(3)經(jīng)測(cè)定，m1＝45.0

g，m2＝7.5

g，M、N距O點(diǎn)的距離如圖3所

示．請(qǐng)通過計(jì)算說明本次實(shí)驗(yàn)中兩小球碰撞前后的動(dòng)量是否守恒．2.[2021·鐵嶺模擬]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

．解析：檢驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是使其中一個(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)為了研究?jī)苫瑝K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：將滑塊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，同樣將滑塊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.A．擋光片的寬度dC．滑塊B的總質(zhì)量m2B．滑塊A的總質(zhì)量m1D．光電門1到光電門2的間距L為完成該實(shí)驗(yàn)，還必須測(cè)量的物理量有

B_C

(填選項(xiàng)前的字母)．(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(cè)量量表示)．考點(diǎn)二

拓展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)例2

[2021·四川內(nèi)江一模]某學(xué)校物理興趣小組的同學(xué)利用身邊的實(shí)驗(yàn)器材，完成驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)．身邊的實(shí)驗(yàn)器材有刻度尺、天平、秒表、量角器、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(一套)、裝有厚厚一層松軟細(xì)砂的小車(以下簡(jiǎn)稱“小車”)、鐵塊、一端帶有豎直擋板的長(zhǎng)木板、木塊、紙帶．實(shí)驗(yàn)步驟如下：第1步：把長(zhǎng)木板帶有豎直擋板的一端固定在水平桌面上，把木塊墊在木板的左端下方，制成一個(gè)斜面．并將實(shí)驗(yàn)器材按如圖所示方式安裝好；把小車放到木板上，將穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶與小車連接．通過左右調(diào)整木塊位置，直到給小車一個(gè)沿木板向下的初速度，小車所連紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻．第2步：把小車放到木板上靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端，給小車一個(gè)沿木板向下的初速度，經(jīng)過一段時(shí)間后把鐵塊輕輕放到小車?yán)锏募?xì)砂上．第3步：取下紙帶，分別測(cè)量紙帶上點(diǎn)跡均勻的兩部分連續(xù)5個(gè)點(diǎn)的距離x1和x2，且x1>x2.第4步：重復(fù)第2步和第3步，記錄x1和x2.請(qǐng)回答下列問題．或“守恒”)，小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量

(填“大于”“小于”或“等于”)鐵塊落到細(xì)砂里后小車和鐵塊組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量．下列實(shí)驗(yàn)器材中必需的是

A_C

(選填選項(xiàng)前的字母)．A．天平B．秒表C．刻度尺D．量角器在坐標(biāo)紙上，以x1和x2分別為縱、橫軸，把記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線，得到一條斜率為k的過原點(diǎn)的直線．只需滿足鐵塊與小車的質(zhì)量的比值為

(k_－1_)_，就能驗(yàn)證小車和鐵塊沿

木板

方向動(dòng)量守恒．若鐵塊從一定高度由靜止釋放做自由落體運(yùn)動(dòng)落到小車上的細(xì)砂里，小車和鐵塊組成的系統(tǒng)沿斜面方向的動(dòng)量守恒_(填“不守恒”小_于(3)鐵塊落到小車上的細(xì)砂里后，小車和鐵塊組成的系統(tǒng)沿斜面方向的合外力仍為0，易知?jiǎng)恿咳允睾悖F塊落到細(xì)砂上前瞬間有沿斜面向下的分速度，故小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量和鐵塊落到細(xì)砂上前瞬間沿斜面向下的動(dòng)量之和等于鐵塊落到細(xì)砂上后鐵塊和小車組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量，所以小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量小于鐵塊落到細(xì)砂上后鐵塊和小車組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量，故填“小于”．【跟進(jìn)訓(xùn)練】3.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖1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)均如圖2所示，則直徑d＝

2_2_._0

mm，用天平測(cè)得球A、B的質(zhì)量分別為m1、m2.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．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