高考物理三輪復(fù)習(xí)講義實(shí)驗(yàn)7驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

實(shí)驗(yàn)7驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律一、實(shí)驗(yàn)方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.1、實(shí)驗(yàn)裝置圖1.2、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、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、刻度尺等。1.3、實(shí)驗(yàn)步驟1、用天平測出滑塊質(zhì)量2、使用游標(biāo)卡尺測出滑塊上遮光條的寬度Δx3、按照上圖正確安裝好氣墊導(dǎo)軌4、接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前、后的遮光時(shí)間1.4、數(shù)據(jù)處理1、利用求出滑塊的速度2、驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'1.5創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1、選取兩個(gè)質(zhì)量不同的滑塊，在兩個(gè)滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開。2、在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，使兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)。如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時(shí)它們也會連成一體。3、在兩個(gè)滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個(gè)滑塊使彈簧壓縮，并用一根細(xì)線將兩個(gè)滑塊固定。燒斷細(xì)線，彈簧彈開后落下，兩個(gè)滑塊由靜止向相反方向運(yùn)動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)方案2研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒2.1、實(shí)驗(yàn)裝置圖2.2、實(shí)驗(yàn)器材斜槽、兩個(gè)小球（質(zhì)量不等、大小相同）、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線、刻度尺2.3、實(shí)驗(yàn)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?yàn)槿肷湫∏颉?、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)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪好，記下鉛垂線所指的位置O。4、不放被碰小球，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、把被碰小球放在斜槽末端，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)出碰后人射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N。6、連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表格中，最后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)等式是否成立。2.4、數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證的表達(dá)式：m1·OP=m1·OM+m2·ON。三、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)要求：兩物體碰撞前后應(yīng)保證“水平”和“一維碰撞”。2、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)確保導(dǎo)軌水平。3、若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證，則需要保證：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必須選取質(zhì)量較大的小球作為入射小球；④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。四、誤差分析1、系統(tǒng)誤差：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒，小球每次從同一點(diǎn)滾下，但運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況不完全相同，摩擦力做功有偏差，造成入射小球的初速度不完全相同。2、偶然誤差：測量、研究斜槽末端小球碰撞時(shí)畫圓、讀數(shù)造成的。五、高頻考點(diǎn)判斷（下列關(guān)于“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)對的打“√”，錯(cuò)的打“×”）方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1、在實(shí)驗(yàn)前，必須把長木板的一端墊高，使小車能拖著紙帶勻速下行（）2、兩輛小車的質(zhì)量必須相等（）3、兩輛小車碰撞后必須保證兩輛小車以共同速度一起運(yùn)動(dòng)（）方案2研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1、某次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)量不守恒，則可能由于斜槽軌道粗糙引起的（）2、入射球與靶球二者的直徑必須相同。（）

3、在同一組實(shí)驗(yàn)的不同碰撞中，每次入射球必須從同一高度由靜止釋放。（）

4、安裝軌道時(shí)，軌道末端必須水平。（）

5、需要使用的測量儀器有天平、刻度尺、秒表。（）六、典型例題【例題1】（2022年1月·浙江選考）“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。（1）實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行的操作有_______。

A．測量滑軌的長度

B．測量小車的長度和高度

C．碰撞前將滑軌調(diào)成水平（2）下表是某次實(shí)驗(yàn)時(shí)測得的數(shù)據(jù)：A的質(zhì)量B的質(zhì)量碰撞前A的速度大小碰撞后A的速度大小碰撞后B的速度大小0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知，碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動(dòng)量大小是_______kg·m/s。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

【例題2】（2024年4月·浙江9+1聯(lián)盟）某學(xué)習(xí)小組采用圖甲所示的裝置驗(yàn)證滑塊碰撞過程中的動(dòng)量守恒。（1）用天平測得滑塊A、B（均包括擋光片）的質(zhì)量分別為m1、m2；

（2）兩擋光片的寬度相同；

（3）接通充氣泵電源后，導(dǎo)軌左側(cè)放一滑塊并推動(dòng)滑塊，滑塊通過兩個(gè)光電門時(shí)，與光電門1、2相連的計(jì)時(shí)器測得的擋光時(shí)間分別為0.07s、0.06s，則應(yīng)將導(dǎo)軌右端______（選填“調(diào)高”或“調(diào)低”），直至氣墊導(dǎo)軌水平；

（4）滑塊B放在兩個(gè)光電門之間，向右輕推滑塊A與滑塊B碰撞，碰后滑塊A返回導(dǎo)軌左側(cè)，與光電門1相連的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)2次，先后為t1和t2；滑塊B運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌右側(cè)，與光電門2相連的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)為t3；

（5）在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若表達(dá)式滿足等式=______（用測得的物理量表示）成立，說明滑塊A、B碰撞過程中動(dòng)量守恒。七、針對練習(xí)1、如圖甲所示，用半徑相同的兩個(gè)小球的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓質(zhì)量為的A球從斜槽上某一固定位置C由靜止釋放，A球從軌道末端水平拋出，落到水平地面的復(fù)寫紙上，在下面的白紙上留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡。再把質(zhì)量為的B球放在水平軌道末端，將A球仍從位置C由靜止釋放，A球和B球碰撞后，分別在白紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)操作10次，M、P、N為三個(gè)落點(diǎn)的平均位置，O點(diǎn)是水平軌道末端在記錄紙上的豎直投影點(diǎn)，如圖乙所示。（1）下面是本實(shí)驗(yàn)部分測量儀器或工具，需要的是___________。A．秒表

B．交流電流表

C．刻度尺

D．彈簧秤

（2）為了完成本實(shí)驗(yàn)，下列必須要求的實(shí)驗(yàn)條件是，入射小球A的質(zhì)量___________被碰小球B的質(zhì)量，入射小球A的半徑_______被碰小球B的半徑。（均選填“大于”、“小于”或“等于”）

（3）實(shí)驗(yàn)中，OM=d1，OP=d2，ON=d3在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式_______（用題中涉及的物理量的符號表示），則可以認(rèn)為兩球碰撞前后的總動(dòng)量守恒。

（4）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖丙所示的裝置來研究碰撞前后動(dòng)能的變化，把白紙和復(fù)寫紙貼在豎直墻上，使小球從斜槽軌道滾下打在正對的豎直墻上，記錄小球的落點(diǎn)。仍然使用A球和B球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒時(shí)的其他操作步驟。M'、P'、N'為豎直記錄紙上三個(gè)落點(diǎn)的平均位置，小球靜止于水平軌道末端時(shí)球心在豎直記錄紙上的水平投影點(diǎn)為O'，測得O'M'=y1、O'P'=y2、O'N'=y3，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式________（用題中涉及的物理量的符號表示），則可認(rèn)為碰撞前后兩球的總動(dòng)能相等。2、實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示裝置來驗(yàn)證兩個(gè)小球在斜槽末端碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒。A、B為兩個(gè)直徑相同的小球，質(zhì)量分別為m1、m2，且m1＞m2。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接球板水平放置，讓入射球A多次從斜軌上E點(diǎn)靜止釋放，平均落點(diǎn)為P1；再把被碰小球B靜放在水平軌道末端，再將入射小球A，從斜軌上某一位置靜止釋放，與小球B相撞，并多次重復(fù)，分別記錄兩個(gè)小球碰后的平均落點(diǎn)M1、N1。(1)為了確認(rèn)兩個(gè)小球的直徑相同，實(shí)驗(yàn)小組用游標(biāo)卡尺對它們進(jìn)行了測量，下面四幅圖分別是四次測量情景，其中最佳的操作是______。ABCD（2）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的要求，說法正確的是______。A．斜槽末端必須是水平的B．斜槽軌道必須是光滑的C．必須測出斜槽末端的高度D．放上小球B后，A球必須仍從E點(diǎn)釋放

（3）圖1中O點(diǎn)為斜槽末端在接球板上的投影點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中，測出、、的長度分別為、、，若兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。

（4）圖3中，僅改變接球板的放置，把接球板豎放在斜槽末端的右側(cè)，O點(diǎn)為碰前B球球心在接球板上的投影點(diǎn)。使小球A仍從斜槽上E點(diǎn)由靜止釋放，重復(fù)上述操作，在接球板上得到三個(gè)落點(diǎn)M2、P2、N2，測出OM2、OP2、ON2長度分別為y1、y2、y3，若兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。

（5）如圖4所示。再一次僅改變接球板的放置，讓接球板的一端緊靠在斜槽末端，使小球A仍從斜槽上E點(diǎn)由靜止釋放，重復(fù)第一次實(shí)驗(yàn)操作，在接球板上得到三個(gè)落點(diǎn)M3、P3、N3，其中O點(diǎn)為斜槽末端與接球板的接觸點(diǎn)，測出OM3、OP3、ON3長度分別為l1、l2、l3，若兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒，則滿足的表達(dá)式為______（用題中給定的物理量表示）。參考答案高頻考點(diǎn)判斷方案1研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1、在實(shí)驗(yàn)前，必須把長木板的一端墊高，使小車能拖著紙帶勻速下行（√）2、兩輛小車的質(zhì)量必須相等（×）3、兩輛小車碰撞后必須保證兩輛小車以共同速度一起運(yùn)動(dòng)（√）方案2研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1、某次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)量不守恒，則可能由于斜槽軌道粗糙引起的（×）2、入射球與靶球二者的直徑必須相同。（√）

3、在同一組實(shí)驗(yàn)的不同碰撞中