2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第七章碰撞與動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案

實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.理解動(dòng)量守恒定律成立的條件，會(huì)利用不同案例驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．2．知道在不同實(shí)驗(yàn)案例中要測(cè)量的物理量，會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及誤差分析．一、實(shí)驗(yàn)思路及基本操作裝置圖與思路操作要領(lǐng)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．(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量．(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌．(3)測(cè)速：測(cè)出兩滑塊碰撞前、后的速度．(4)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒．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OP，再測(cè)出球A、B碰撞后分別飛出的水平距離OM、ON.(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩球的質(zhì)量．(2)安裝：斜槽末端切線必須沿水平方向．(3)起點(diǎn)：入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放．(4)鋪紙：白紙?jiān)谙?，?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.(5)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．二、數(shù)據(jù)處理及分析方案11．滑塊速度的測(cè)量：測(cè)量滑塊上擋光片的寬度Δx，記錄光電門的擋光時(shí)間Δt，由v＝ΔxΔt2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1＝m1v′1＋m2v′2.方案21．碰撞找點(diǎn)：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．標(biāo)出碰撞前、后入射小球落點(diǎn)的平均位置P、M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N.2．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．三、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．案例提醒(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)確保導(dǎo)軌水平．(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)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選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1[2024·廣東深圳市高級(jí)中學(xué)校考三模]如圖1所示，某課外探究小組利用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)．滑塊A和滑塊B的質(zhì)量(包括遮光條)分別為m1＝150.0g、m2＝200.0g．實(shí)驗(yàn)中彈射裝置每次給滑塊A的初速度均相同，滑塊B初始處于靜止?fàn)顟B(tài)．滑塊A的遮光條兩次通過(guò)光電門1的擋光時(shí)間分別為Δt1、Δt3，滑塊B的遮光條通過(guò)光電門2的擋光時(shí)間為Δt2.(1)打開(kāi)氣泵，先取走滑塊B，待氣流穩(wěn)定后將滑塊A從氣墊導(dǎo)軌右側(cè)彈出，測(cè)得光電門1的時(shí)間大于光電門2的時(shí)間，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，后續(xù)的操作是()A．調(diào)高右側(cè)底座旋鈕B．調(diào)高左側(cè)底座旋鈕C．將光電門1向左側(cè)移動(dòng)D．將光電門2向右側(cè)移動(dòng)(2)如圖2所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，其讀數(shù)為_(kāi)_________mm；(3)經(jīng)測(cè)量滑塊A、B上的遮光條寬度相同，則驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_(kāi)_________(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)；(4)小明同學(xué)改變實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)繼續(xù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，他在滑塊B的右端加上橡皮泥，兩滑塊每次相碰后會(huì)粘在一起運(yùn)動(dòng)．多次改變滑塊B的質(zhì)量m2，記錄下滑塊B的遮光條每次通過(guò)光電門的擋光時(shí)間Δt2，在方格紙上作出m2-Δt2圖像．m2/g200210220230240Δt2/10－3s9.39.69.810.110.4例2[2024·江蘇模擬預(yù)測(cè)]某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)中先讓小球a從斜槽軌道上某點(diǎn)由靜止?jié)L下落在水平地面上，反復(fù)多次試驗(yàn)記錄落點(diǎn)位置．然后再將小球b放在斜槽末端，讓小球a從斜槽上由靜止?jié)L下與小球b相碰后兩球分別落在水平地面上，反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)記錄落點(diǎn)位置．已知斜槽末端的豎直高度H＝45.00cm，ma＝0.2kg，mb＝0.1kg，重力加速度g＝10m/s2，空氣阻力不計(jì)，小球落地點(diǎn)距離O點(diǎn)(斜槽末端正下方)的距離如圖乙所示．回答下列問(wèn)題：(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)不必要的條件是________；A．斜槽末端必須保持水平B．a(chǎn)、b兩球的半徑必須相等C．a(chǎn)、b兩球的密度必須相等D．a(chǎn)球每次下落的起點(diǎn)位置必須相同(2)本實(shí)驗(yàn)探究水平動(dòng)量守恒的表達(dá)式可以表示為_(kāi)_______(用ma、mb、OA、OB、OC表示)；(3)碰撞后小球b的水平動(dòng)量為_(kāi)_______kg·m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(4)若實(shí)驗(yàn)相對(duì)誤差絕對(duì)值δ＝|碰撞前后總動(dòng)量之差碰撞前總動(dòng)量(5)若實(shí)驗(yàn)中小球每次落到水平面上的落點(diǎn)不完全相同，可以用________當(dāng)做平均落地點(diǎn)位置．考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考向1實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新例3某同學(xué)用如圖甲所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將斜槽軌道放置在水平桌面上，使斜槽軌道末端與桌面右邊緣對(duì)齊，通過(guò)調(diào)節(jié)使斜槽軌道末端水平；②將小球a從斜槽軌道最高點(diǎn)由靜止釋放，小球a離開(kāi)斜槽末端后用手機(jī)在上方拍攝，得到小球a在空中運(yùn)動(dòng)的錄像(俯視)；③將小球b放置在斜槽軌道末端，讓小球a從________由靜止釋放，用手機(jī)在上方拍攝兩小球在空中運(yùn)動(dòng)的錄像．(1)小球b的半徑________(填“需要”或“不需要”)與小球a的半徑相同．(2)從拍攝到的錄像中每隔0.1s取一幅圖片，將圖片疊加到一起后，用厘米刻度尺測(cè)量圖片上小球間的距離，得到小球在水平方向上的位置變化圖，如圖乙所示，1為碰前小球a的、2為碰后小球a的、3為碰后小球b的，已知小球a的質(zhì)量為0.20kg，小球b的質(zhì)量為0.10kg，圖片與實(shí)際的比例為1∶10，則碰前瞬間系統(tǒng)的總動(dòng)量為_(kāi)_______kg·m/s，碰后瞬間系統(tǒng)的總動(dòng)量為_(kāi)_______kg·m/s(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)．(3)若碰撞前、后瞬間系統(tǒng)動(dòng)量之差占碰前瞬間系統(tǒng)總動(dòng)量的百分比小于3%時(shí)，可認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則本次實(shí)驗(yàn)________(填“能”或“不能”)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．[解題心得]考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新例4小李同學(xué)利用圖示的彈簧發(fā)射裝置進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，操作步驟如下：①在水平桌面上的適當(dāng)位置固定好彈簧發(fā)射器，使其出口處切線與水平桌面相平且彈簧原長(zhǎng)時(shí)與管口平齊；②在一塊平直長(zhǎng)木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙，將該木板豎直并貼緊桌面右側(cè)邊緣．將小球a向左壓縮彈簧并使其由靜止釋放，a球碰到木板，在白紙上留下壓痕P；③將木板向右水平平移適當(dāng)距離x2，再將小球a向左壓縮彈簧到某一固定位置并由靜止釋放，撞到木板上，在白紙上留下壓痕P2；④將半徑相同的小球b放在桌面的右邊緣，仍讓小球a從步驟③中的釋放點(diǎn)由靜止釋放，與b球相碰后，兩球均撞在木板上，在白紙上留下壓痕P1、P3.(1)本實(shí)驗(yàn)必須測(cè)量的物理量有________．A．小球的半徑rB．小球a、b的質(zhì)量ma、mbC．彈簧的壓縮量x1，木板距離桌子邊緣的距離x2D.小球在木板上的壓痕P1、P2、P3分別與P之間的豎直距離L1、L2、L3(2)本實(shí)驗(yàn)中所選用的兩小球的質(zhì)量關(guān)系為ma________mb.(選填“＞”“＜”或“＝”)(3)兩小球碰撞后，小球a撞到木板上的痕跡為_(kāi)_______．(選填“P1”“P2”或“P3”)(4)用(1)中所測(cè)的物理量來(lái)驗(yàn)證兩球碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒，其表達(dá)式為_(kāi)_______________．(5)若a、b兩球上涂有粘性很強(qiáng)的膠體(膠體質(zhì)量不計(jì))，讓小球a從步驟③中的釋放點(diǎn)由靜止釋放與b球相碰后，兩球粘連在一起并撞到木板上在白紙上留下壓痕P4，則壓痕P4的位置應(yīng)在________．A．P與P1之間B．P1與P2之間C．P2與P3之間D．P3下方實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律關(guān)鍵能力·分層突破例1解析：(1)測(cè)得光電門1的時(shí)間大于光電門2的時(shí)間，說(shuō)明滑軌沒(méi)在水平線上，向左傾斜，滑塊A做加速運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)該調(diào)高左側(cè)底座旋鈕，使滑軌水平，故選B.(2)游標(biāo)卡尺主尺刻度為14mm，游標(biāo)尺第8刻度與主尺某一刻度對(duì)齊，故游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d＝14＋0.1×8＝14.8mm.(3)根據(jù)動(dòng)量守恒可得m1v1＝m2v2－m1v3對(duì)于光電門v＝d故驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式為m1Δ(4)根據(jù)表格數(shù)據(jù)作出m2-Δt2圖像如下．答案：(1)B(2)14.8(3)m1Δt例2解析：(1)實(shí)驗(yàn)中利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證小球碰撞中水平動(dòng)量守恒，所以斜槽末端必須水平，故A正確，不符合題意；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保證兩球發(fā)生對(duì)心碰撞，且入射小球a的質(zhì)量大于被碰小球b的質(zhì)量，所以兩小球半徑應(yīng)相等，而密度不等，故B正確，不符合題意，C錯(cuò)誤，符合題意；為保證a球每次碰b球的速度相同，故a球每次下落的起始位置要相同，故D正確，不符合題意．故選C.(2)兩球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，所以mav0＝mava＋mbvb，v0＝OBt，va＝OAt，vb即ma·OB＝ma·OA＋mb·OC.(3)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，有H＝12gt2，OC＝vbt，解得t＝0.3s，vb所以小球b碰后水平動(dòng)量為pb＝mbvb＝0.16kg·m/s.(4)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，有v0＝OBt＝40.05×10?20.3m/s＝1.335m/s，va＝OAt＝15.00×10?20.3m/s＝0.5m/s，所以p前＝mav0＝0.2×1.335kg·m/s＝0.267kg·m/s，p后＝所以δ＝碰撞前后總動(dòng)量之差碰撞前總動(dòng)量×100%＝0.267由此可知，本次實(shí)驗(yàn)中兩球的水平動(dòng)量守恒．(5)為減小誤差，應(yīng)將落點(diǎn)用一個(gè)盡可能小的圓將所有落點(diǎn)圈起來(lái)，最終以“包含落點(diǎn)的小圓圓心”為落點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量．答案：(1)C(2)ma·OB＝ma·OA＋mb·OC(3)0.16(4)守恒(5)包含落點(diǎn)的小圓圓心例3解析：③為了保證小球a運(yùn)動(dòng)到斜槽軌道末端時(shí)的速度相同，則需要將小球a從軌道上同一位置靜止釋放．(1)為了保證兩小球的碰撞方向沿水平方向，小球b的半徑需要與小球a的半徑相同．(2)結(jié)合題圖乙可知，碰前瞬間小球a的速度大小為v1＝2×10×10?2m0.1s＝2m/s，碰前瞬間系統(tǒng)的總動(dòng)量為p1＝0.40kg·m/s，碰后瞬間小球a的速度大小為v2＝2.6×10×10?2m0.4s＝0.65m/s，小球(3)碰撞前、后瞬間系統(tǒng)動(dòng)量之差占碰前瞬間系統(tǒng)總動(dòng)量的百分比為k＝p1?答案：③斜槽軌道最高點(diǎn)(1)需要(2)0.400.39(3)能例4解析：(1)小球離開(kāi)軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可得水平速度大小為v＝x2g2L為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，需要獲取質(zhì)量和速度信息，并且最終驗(yàn)證的動(dòng)量守恒表達(dá)式中x2和g都可以消去，所以本實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)量的物理量有小球a、b的質(zhì)量ma、mb和小球在木板上的壓痕P1、P2、P3分別與P之間的豎直距離L1、L2、L3，故選BD.(2)為防止碰撞后入射小球a反彈，兩小球的質(zhì)量關(guān)系為ma＞mb.(3)由于小球a與b碰撞后動(dòng)能會(huì)減小，在水平位移相同的情況下做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，下落高度會(huì)變大，因此小球a撞到木板上的痕跡為P3.(4)設(shè)小球a與b碰撞前瞬間的速度為v0，碰撞后瞬間a、b的速度分別為va、vb，根據(jù)①