《备战2021年高考物理一遍过：考点31 实验：验证动量守恒定律（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2021年高考物理一遍过：考点31 实验：验证动量守恒定律（含解析）（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高考一轮复习考点一遍过高考一轮考点一遍过分项解析逐一击破考点31 实验：验证动量守恒定律内容要求要点解读验证动量守恒定律一维碰撞。重点理解实验原理、实验步骤和实验结论的得出与分析。考点解读一、验证动量守恒定律实验方案1方案一实验器材：滑块（带遮光片，2个）、游标卡尺、气垫导轨、光电门、天平、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。实验情境：弹性碰撞（弹簧片、弹性碰撞架）；完全非弹性碰撞（撞针、橡皮泥）。2方案二实验器材：带细线的摆球（摆球相同，两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。实验情境：弹性碰撞，等质量两球对心正碰发生速度交换。3方案三实验器材：小车（2个）、长木板（含垫木
2、）、打点计时器、纸带、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。实验情境：完全非弹性碰撞（撞针、橡皮泥）。4方案四实验器材：小球（2个）、斜槽、天平、重垂线、复写纸、白纸、刻度尺等。实验情境：一般碰撞或近似的弹性碰撞。5不同方案的主要区别在于测速度的方法不同：光电门（或速度传感器）；测摆角（机械能守恒）；打点计时器和纸带；平抛法。还可用频闪法得到等时间间隔的物体位置，从而分析速度。二、验证动量守恒定律实验（方案四）注意事项1入射球质量m1应大于被碰球质量m2。否则入射球撞击被碰球后会被弹回。2入射球和被碰球应半径相等，或可通过调节放被碰球的立柱高度使碰撞时球心等高。否则两球的碰撞位置不在球心所在的水平线上
3、，碰后瞬间的速度不水平。3斜槽末端的切线应水平。否则小球不能水平射出斜槽做平抛运动。4入射球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。否则入射球撞击被碰球的速度不相等。5落点位置确定：围绕10次落点画一个最小的圆将有效落点围在里面，圆心即所求落点。6水平射程：被碰球放在斜槽末端，则从斜槽末端由重垂线确定水平射程的起点，到落地点的距离为水平射程。重点考向考向一 光电门测速典例引领用如图所示的装置来验证动量守恒定律滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门D（或E），计时器开始计时；挡光条到达光电门C（或F），计时器停止计时实验主要步骤如下：a用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b给气
4、垫导轨通气并调整使其水平；c调节光电门，使其位置合适，测出光电门C、D间的水平距离L；dA、B之间紧压一轻弹簧（与A、B不粘连），并用细线拴住，如图静置于气垫导轨上；e烧断细线，A、B各自运动，弹簧恢复原长前A、B均未到达光电门，从计时器上分别读取A、B在两光电门之间运动的时间tA、tB（1）实验中还应测量的物理量x是_（用文字表达）（2）利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是_（用题中所给的字母表）（3）利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能Ep=_（用题中所给的字母表示）【参考答案】光电门E、F间的水平距离 【详细解析】(1、2)由于A、B原来静止，总动量为零，验证动量守恒定
5、律的表达式为： ，所以还需要测量的物理量是光电门E、F间的水平距离；(3)弹簧恢复原长时，A滑块的速度为：，B滑块的速度为：，根据能量守恒定律得：Ep=变式拓展某实验小组利用如图所示装置验证动量守恒定律。图中水平气垫导轨上装有光电门C和D，滑块A、B静止放在导轨上，位置如图所示，A的右侧装有橡皮泥，B的左侧装有撞针，如果A与B相撞，两滑块会“粘”在一起。A滑块上方固定有遮光片，测出其宽度为d，光电门C、D分别连接着光电计时器（图中未画出），可以记录遮光片通过光电门的时间。(1)该实验方案中，下列说法正确的有_。A要调节气垫导轨，确保导轨水平BA的初始位置应尽可能靠近BC遮光片的宽度适当窄一些有
6、利于减小误差DA的质量一定要大于B的质量(2)测出A（含橡皮泥）的质量、B（含撞针）的质量，给A一个向右的初速度，光电计时器记录了A的遮光片通过光电门C的时间为t1，通过D的时间为t2，若满足关系式_（用题中所给物理量符号表示），则说明碰撞中A、B系统动量守恒。(3)若不测量遮光片的宽度，此方案_（填“能”或“不能”）验证两滑块A、B在碰撞过程中动量是否守恒。【答案】AC 或 能 【解析】(1)1A调节气垫导轨，确保导轨水平，才能够满足碰撞过程中动量守恒，故A正确；B滑块A的初始位置应尽可能远离滑块B，这样能够比较准确地测量碰撞前滑块A的速度，故B错误；C遮光片的宽度适当窄一些能够比较准确地测
7、量碰撞后的速度，有利于减小误差，故C正确；DA、B碰撞过程中合动量方向向右，碰撞结束后整体向右运动，故对A和B之间的质量关系没有要求，故D错误。故选AC。(2)2碰撞A、B系统的动量大小为，碰撞结束后A、B成为一个整体，动量大小为，若或说明碰撞中A、B系统动量守恒。(3)3由(2)分析可知，关系式成立，也能验证两滑块A、B在碰撞过程中动量守恒，故此方案不测量遮光片的宽度，也能验证碰撞过程中动量守恒。考向二 纸带测速典例引领某同学利用图甲所示装置验证动量守恒定律。主要实验步骤如下：沿实验桌左右移动垫块，直至接通交流电源后，轻推小车A，与小车相连的纸带上打出一系列分布均匀的点迹（相邻两点间的间距相
8、等），断开电源；将小车B（未画出，与小车A完全相同）静置于长木板上的P处，并将适量砝码放在小车B中；接通电源，沿木板方向向下轻推一下小车A，使小车获得一初速度，两车碰撞后粘在一起，打点计时器打出一系列的点迹，如图乙所示；用天平测得小车A的质量为195g，小车B与钩码的总质量为240g。(1)在步骤中，要求纸带上打出的点迹分布均匀的原因是_。(2)已知打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，则碰撞前瞬间系统的总动量p1=_（结果保留三位有效数字），碰撞后瞬间系统的总动量p2=_（结果保留三位有效数字）；若在实验误差允许的范围内，满足_，则系统动量守恒得到验证。【参考答案】为了保证小车所受合力为零
9、 0.930 0.927 p1=p2 【详细解析】(1)1在步骤中，当点迹分布均匀时小车匀速运动，则要求纸带上打出的点迹分布均匀的原因是为了保证小车所受合力为零；(2)2碰前小车的速度则碰撞前瞬间系统的总动量 3碰后两车的速度则碰撞后瞬间系统的总动量4若在实验误差允许的范围内，满足p1=p2，则系统动量守恒得到验证。变式拓展1某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：小车的前端粘有橡皮泥，推动小车使之做匀速运动，后与原来静止在前方的小车相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如图所示.在小车后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力.（1）
10、若已测得打点的纸带如图乙所示，并测得各计数点的间距(已标在图上).A为运动的起点，则应选_段来计算碰撞前的速度，应选_段来计算和碰后的共同速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。（2）已测得小车的质量，小车的质量，则以上测量结果可得：_，碰后_。【答案】BC DE 【解析】（1）12推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。（2）34由图
11、可知，BC=10.50cm=0.1050m；DE=6.95cm=0.0695cm；碰前小车的速度为碰前的总动量为p=mAvA=0.41.05=0.420kgm/s；碰后小车的共同速度为 碰后的动量为p=（mA+mB）v=（0.4+0.2）0.695=0.417kgm/s；考向三 平抛测速典例引领某同学利用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验，操作步骤如下：在水平桌面上的适当位置固定好弹簧发射器，使其出口处切线与水平桌面相平；在一块长平木板表面先后钉上白纸和复写纸，将该木板竖直并贴紧桌面右侧边缘。将小球a向左压缩弹簧并使其由静止释放，a球碰到木板，在白纸上留下压痕P；将木板向右水平平移适
12、当距离，再将小球a向左压缩弹簧到某一固定位置并由静止释放，撞到木板上，在白纸上留下压痕P2；将半径相同的小球b放在桌面的右边缘，仍让小球a从步骤中的释放点由静止释放，与b球相碰后，两球均撞在木板上，在白纸上留下压痕P1、P3。(1)下列说法正确的是_。A小球a的质量一定要大于小球b的质量B弹簧发射器的内接触面及桌面一定要光滑C步骤中入射小球a的释放点位置一定相同D把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平(2)本实验必须测量的物理量有_。A小球的半径rB小球a、b的质量m1、m2C弹簧的压缩量x1，木板距离桌子边缘的距离x2D小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P
13、之间的竖直距离h1、h2、h3(3)用(2)中所测的物理量来验证两球碰撞过程中动量是否守恒，当满足关系式_时，则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。【参考答案】AD BD 【详细解析】(1)1A.小球a的质量一定要大于小球b的质量，以防止入射球碰后反弹，选项A正确；B.弹簧发射器的内接触面及桌面不一定要光滑，只要a球到达桌边时速度相同即可，选项B错误；C.步骤中入射小球a的释放点位置不一定相同，但是步骤中入射小球a的释放点位置一定要相同，选项C错误；D.把小球轻放在桌面右边缘，观察小球是否滚动来检测桌面右边缘末端是否水平，选项D正确。故选AD。(2) 2小球离开斜槽后做平抛运动，设其水平位移为L
14、，则小球做平抛运动的时间小球的竖直位移解得 碰撞前入射球a的水平速度 碰撞后入射球a的水平速度 碰撞后被碰球b的水平速度如果碰撞过程系统动量守恒，则m1v1=m1v2+m2v3即整理得则要测量的物理量是：小球a、b的质量m1、m2和小球在木板上的压痕P1、P2、P3分别与P之间的竖直距离h1、h2、h3，故选BD。(3)3由以上分析可知当满足关系式时，则证明a、b两球碰撞过程中动量守恒。变式拓展1用如图甲所示装置结合频闪照相机拍摄的照片来验证动量守恒定律，实验步骤如下：用天平测出两小球A、B的质量mA和mB；安装好实验装置，使斜槽末端水平；先不在斜槽末端放小球B，让小球A从斜槽上位置P处由静止开始下滑，小球A离开斜槽后，频闪照相机连续拍摄小球A的两位置（如图乙）；将小球B放在斜槽末端，让小球A仍从位置P处由静止开始下滑，使它们碰撞，频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置（如图丙）；测出所需的物理量。（1）步骤中A、B的两球质量应满足_。（2）
