2025年物理新高考實驗8　驗證動量守恒定律共52張

第六章動量守恒定律實驗8驗證動量守恒定律1.理解動量守恒定律成立的條件,會利用不同案例驗證動量守恒定律。

2.知道在不同實驗案例中要測量的物理量,會進行數據處理及誤差分析。實驗儲備·歸納自主落實回扣教材實驗類型·突破關鍵能力深度剖析【典例1】某同學利用打點計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗,氣墊導軌裝置如圖甲所示,所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔,向導軌空腔內不斷通入壓縮空氣,空氣會從小孔中噴出,使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上,這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。類型1實驗基本技能應用下面是實驗的主要步驟:①安裝好氣墊導軌,調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕,使導軌水平。②向氣墊導軌通入壓縮空氣。③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側,將紙帶穿過打點計時器和彈射架并固定在滑塊1的左端,調節(jié)打點計時器的高度,直至滑塊拖著紙帶移動時,紙帶始終在水平方向。④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩。⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間,已知碰后兩滑塊一起運動。⑥先________________________,然后________________,讓滑塊帶動紙帶一起運動。⑦取下紙帶,重復步驟④⑤⑥,選出較理想的紙帶如圖乙所示。⑧測得滑塊1(包括撞針)的質量為310g,滑塊2(包括橡皮泥)的質量為205g。(1)試著完善實驗步驟⑥的內容。(2)已知打點計時器每隔0.02s打一個點,計算可知兩滑塊相互作用前質量與速度的乘積之和為________kg·m/s;兩滑塊相互作用以后質量與速度的乘積之和為________kg·m/s。(均保留3位有效數字)(3)試說明(2)問中兩結果不完全相等的主要原因是________________________________________。

答案

(1)接通打點計時器的電源放開滑塊1(2)0.620

0.618(3)紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦【典例2】某同學設計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速直線運動,然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運動。他設計的裝置如圖甲所示。在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz,長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力。(1)若已測得打點紙帶如圖乙所示,并測得各計數點間距(已標在圖上)。A為運動的起點,則應選________段來計算A碰前的速度。應選________段來計算A和B碰后的共同速度。(均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已測得小車A的質量m1=0.4kg,小車B的質量為m2=0.2kg,則碰前兩小車的總動量為______kg·m/s,碰后兩小車的總動量為_______kg·m/s。解析

(1)從分析紙帶上打點的情況看,BC段既表示小車做勻速運動,又表示小車有較大速度,因此BC段能較準確地描述小車A在碰撞前的運動情況,應選用BC段計算小車A碰前的速度。從CD段打點的情況看,小車的運動情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內小車運動穩(wěn)定,故應選用DE段計算A和B碰后的共同速度。

答案

(1)BC

DE

(2)0.420

0.417【典例3】某學習小組驗證兩個小球在斜槽末端發(fā)生碰撞時是否遵守動量守恒定律。如圖甲所示,將斜槽固定在鐵架臺上,使槽的末端水平。先將小球a從斜槽軌道上某固定點由靜止釋放,落在水平地面上的記錄紙上留下壓痕,重復10次,其平均落點記為P點;再把同樣大小的小球b放在斜槽軌道末端,將小球a仍從原固定點由靜止釋放后與小球b相碰,碰后兩小球分別落在記錄紙的不同位置,重復10次,兩小球的平均落點記為

M、N。以碰撞前、后兩小球的平均落點所在直線為軸,以斜槽末端的投影點O為坐標原點作出圖乙。(1)(多選)關于本實驗,下列說法正確的是________(填選項字母)。A.實驗時,斜槽軌道末端的切線必須水平B.必須測量斜槽軌道末端到水平地面的高度HC.同一組實驗中小球a必須從同一位置由靜止釋放D.必須測量入射小球的釋放點到斜槽軌道末端的高度h(2)經測定,小球a的質量m1=45.0g,小球b的質量m2=7.5g,小球落地點的平均位置距O點的距離如圖乙所示。根據實驗所給數據,可判斷兩小球在斜槽末端的碰撞________(填“遵守”或“不遵守”)動量守恒定律,其依據是_________________。

(2)將數據代入m1OP=m1OM+m2ON,可得45

g×44.80

cm≈45

g×35.20cm+7.5

g×55.68

cm,在誤差允許的范圍內成立,故可得出兩小球在斜槽末端的碰撞遵守動量守恒定律。答案

(1)AC

(2)遵守在誤差允許的范圍內,滿足m1OP=m1OM+m2ON考向1

實驗方案創(chuàng)新【典例4】

(2023·遼寧卷)某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律,設計了如下實驗:用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段,選擇相同材質的一元硬幣和一角硬幣進行實驗。類型2實驗的遷移、拓展和創(chuàng)新測量硬幣的質量,得到一元和一角硬幣的質量分別為m1和m2(m1>m2),將硬幣甲放置在斜面上某一位置,標記此位置為B。由靜止釋放甲,當甲停在水平面上某處時,測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側與O點重合,將甲放置于B點由靜止釋放。當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變,重復實驗若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、

s1、s2。

(4)碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1的原因:①質量和距離的測量存在誤差;②兩硬幣碰撞內力不遠遠大于外力,動量守恒只是近似滿足,即如果摩擦力非常大,動量守恒只是近似滿足。

試題的創(chuàng)新有三處:一是間接測量速度的方法,由在水平面上滑動的距離求得;二是原理關系式的推理過程;三是實驗誤差的分析?？枷?

實驗目的改變【典例5】

(2022·全國甲卷)利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進行研究。讓質量為m1的滑塊A與質量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導軌上發(fā)生碰撞,碰撞時間極短,比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2,進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞。完成下列填空:(1)調節(jié)導軌水平。(2)測得兩滑塊的質量分別為0.510kg和0.304kg。要使碰撞后兩滑塊運動方向相反,應選取質量為________kg的滑塊作為A。(3)調節(jié)B的位置,使得A與B接觸時,A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等。(4)使A以一定的初速度沿氣墊導軌運動,并與B碰撞,分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2。(5)將B放回到碰撞前的位置,改變A的初速度大小,重復步驟(4)。多次測量的結果如下表所示。

12345t1/s0.490.671.011.221.39t2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33

高效訓練·提能拓廣視野智學慧考1.如圖利用沖擊擺裝置可測量彈簧的彈性勢能,扳動彈簧槍的扳機釋放彈簧,彈簧的彈性勢能轉化為彈丸的動能,彈丸離開槍口,擊中擺塊并陷入其中,打擊時間極短,擺塊推動指針擺動,重力加速度為g,不計空氣阻力。實驗步驟為:(1)測出彈丸的質量m和擺塊的質量M;(2)調節(jié)擺塊靜止時高度與槍口保持水平,測出懸點到擺塊中心的距離為l;

(3)發(fā)射彈丸,擊中擺塊,彈丸與擺塊擺動推動指針到最高點,指針顯示擺角為θ;解決下列問題(結果用題目所給物理量及測量數據的符號表示)①彈丸擊中擺塊后兩者的速度為________,擊中擺塊前彈丸速度為________________。②若不計槍筒摩擦力,可測得彈簧槍內彈簧發(fā)射彈丸前的彈性勢能為________________________。

2.某實驗小組在水平桌面左端固定一彈射裝置,PQ為中軸線,OO'與軸線垂直并作為參考線,用兩個材料相同、質量不同的滑塊A、B驗證動量守恒定律。實驗步驟如下:a.壓縮彈簧將滑塊A從P處沿PQ彈射,滑塊A停止后,測出其右端到OO'的距離s1,如圖甲所示;b.將質量較小的滑塊B靜置于軸線上,并使其左端與OO'相切,如圖乙所示;c.將彈簧壓縮至圖甲中相同位置,確保滑塊A到達OO'線時具有相同的動量,滑塊A在OO'處與滑塊B相碰,兩滑塊停止后,分別測出滑塊A右端和滑塊B左端到OO'的距離s2、s3,如圖丙所示。(1)要驗證兩滑塊碰撞過程中動量守恒,還需要測量________________。(2)若測量數據s1、s2、s3近似滿足關系式________,說明滑塊A、B發(fā)生了彈性碰撞。

3.某同學利用如圖甲所示的實驗裝置“探究碰撞中的動量守恒”實驗。AB部分為氣墊導軌,圓弧與氣墊導軌在A點平滑連接(實驗時可忽略小物塊經過A點時速度大小的變化)。光電門1和光電門2固定在氣墊導軌上。(1)將質量為m的物塊從圓弧上的某點靜止釋放,小物塊的遮光片通過光電門1和光電門2的時間分別為Δt1和Δt2,當Δt1________(填“大于”“小于”或“等于”)Δt2表明氣墊導軌已經調成水平。(2)用螺旋測微器測得擋光片的寬度,示數如圖乙所示為________mm。(3)將形狀相