《（江苏专版）2020版高考物理一轮复习 第十一章 实验十 验证动量守恒定律讲义（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专版）2020版高考物理一轮复习 第十一章 实验十 验证动量守恒定律讲义（含解析）（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、验证动量守恒定律实验目的：验证动量守恒定律。实验原理：在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒。实验方案方案一利用气垫导轨完成一维碰撞实验实验器材气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。实验步骤1测质量：用天平测出滑块质量。2安装：正确安装好气垫导轨。3实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量；改变滑块的初速度大小和方向)。数据处理1滑块速度的测量：v，式中x为滑块挡光片的宽
2、度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。2验证的表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2。方案二利用等长摆球完成一维碰撞实验实验器材带细线的摆球(两套，等大不等重)、铁架台、天平、量角器、刻度尺、游标卡尺、胶布等。实验步骤1测质量和直径：用天平测出小球的质量m1、m2，用游标卡尺测出小球的直径d。2安装：把小球用等长悬线悬挂起来，并用刻度尺测量悬线长度l。3实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。4测角度：用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两小球摆起的角度。5改变条件重复实验：改变小球被拉起的角度；改变摆长。数据处理1摆球速度的测
3、量：v，式中h为小球释放时(或碰撞后摆起)的高度，h可由摆角和摆长计算出。2验证的表达式：m1v1m1v1m2v2。方案三利用两辆小车完成一维碰撞实验实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。实验步骤1测质量：用天平测出两小车的质量。2安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。3实验：小车B静止，接通电源，让小车A运动，碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一个整体运动。4改变条件，重复实验：改变小车A的初速度；改变两小车的质量。数据处理1小车速度的测量：通过纸带上两计数点间的距离
4、及时间，由v计算。2验证的表达式：m1v1(m1m2)v2。方案四利用斜槽滚球验证动量守恒定律实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。实验步骤1测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。2安装：按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。3铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。4单球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。5碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们
5、发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N，如图所示。改变入射小球的释放高度，重复实验。数据处理1小球水平射程的测量：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。2验证的表达式：m1OPm1OMm2ON。误差分析1系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等。(1)碰撞是否为一维。(2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到长木板的摩擦力，入射小球的释放高度存在差异。2偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证
6、，给滑块的初速度应沿着导轨的方向。(2)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内。(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。突破点(一)实验原理与操作例1如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量_(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A小球开始释放高度hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运
7、动的射程(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从倾斜轨道上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_。(填选项前的符号)A用天平测量两个小球的质量m1、m2B测量小球m1开始释放高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE测量平抛射程OM、ON(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_用(2)中测量的量表示；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为_用(2)中测量的量
8、表示。解析(1)小球碰前和碰后的速度都可用平抛运动来测定，即v。即m1m1m2；而由Hgt2知，每次下落竖直高度相等，平抛时间相等。则可得m1OPm1OMm2ON。故只需测射程，因而选C。(2)由表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤A、D、E。(3)若为弹性碰撞，则同时满足动能守恒。m12m12m22m1OP2m1OM2m2ON2。答案(1)C(2)ADE(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2集训冲关1(2019泰州检测)某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞中的不变量的实验：如图1所示，在滑块甲的前端粘有橡皮泥，推动滑块甲使之运动，然后与原来静
9、止在前方的滑块乙相碰并粘合成一体，继续向前运动。(1)由于滑块与长木板之间存在摩擦力会影响实验结果。为了尽量减小实验误差，满足A、B相互作用前后动量守恒，在实验前应进行的操作是_。(2)若已测得打点纸带如图2所示，并测得各计数点(每5个点取一个计数点)间距(已标在图上)。A为运动的起点，则应选_段来计算甲碰前的速度，应选_段来计算甲和乙碰后的共同速度(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。(3)已测得滑块甲的质量m1200 g，滑块乙的质量为m2100 g，则碰前两滑块的总动量为_kgm/s，碰后两滑块的总动量为_kgm/s。(均保留三位有效数字)解析：(1)系统所受合外力为零时系
10、统动量守恒，为验证动量守恒定律，实验前应进行的操作是适当抬高长木板的右端，平衡摩擦力。(2)推动滑块由静止开始运动，故滑块有个加速过程，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段计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而甲和乙碰后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。(3)相邻计数点间的时间间隔为：t0.025 s0.1 s，碰前滑块的速度为：v甲1.575 m/s，碰前的总动量为：pm甲v甲0.315 kgm/s；碰后滑块的共同速度为：v1.042 m/s，碰后的动量为：p(m甲m乙
11、)v0.313 kgm/s。答案：(1)适当抬高长木板的右端，平衡摩擦力(2)BCDE(3)0.3150.3132在做“验证动量守恒定律”实验中，装置如图1。(1)需要的测量仪器或工具有_。A秒表B天平C刻度尺 D重垂线E打点计时器 F圆规(2)必须要求的条件是_。A两小球碰撞时，球心必须在同一高度上B斜槽轨道末端的切线必须水平C入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同D入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下(3)某次实验中得出的落点情况如图2所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为_。(4)在做“验证动量守恒定律”实验中，对产生误差的主要原因表述正确的是_。
12、A碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后两小球的速度方向不是在同一直线上B倾斜部分轨道对入射小球的摩擦力作用C没有测量高度，算出具体的平抛时间D测量长度的误差解析：(1)本实验需要天平称量小球的质量，需要刻度尺测量长度，需要重垂线调节轨道末端水平，需要圆规找小球的平均落点，故选B、C、D、F。(2)要保证碰撞是一维的，即保证两小球在碰撞之前沿同一直线运动，故A正确；要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故B正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1m2，防止碰后m1被反弹，故C错误；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，故D正确。(3)根据动量守恒定律
13、，有：m1m1m2，代入数据有：m10.255 0m10.155 0m20.380 0，解得：m1m2195。(4)要保证两小球在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动，若碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后两小球的速度方向不是在同一直线上会产生较大的误差，故A正确；倾斜部分轨道对入射小球有摩擦力作用，但只要入射球每次都从轨道的同一位置由静止滚下，即可保证碰撞的初速度相同，故B错误；小球做平抛运动的时间由高度差决定，由于高度差一定，故平抛的时间都相同，故水平射程与平抛的初速度成正比，故不需要测量高度差，只要满足：m1m1m2，就一定有m1v1m2v2m1v1m2v2，故C错误；测量长度的
14、误差对最终动量是否守恒的验证会有影响，故D正确。答案：(1)BCDF(2)ABD(3)195(4)AD3(2018海安期中)如图所示为某同学应用气垫导轨“探究碰撞中的不变量”的实验装置。(1)实验操作如下：a用天平分别测出滑块1、滑块2的质量m1、m2；用游标卡尺测出两遮光片的宽度d1、d2；b调整气垫导轨，使导轨处于水平；c在滑块1和滑块2间放入一个锁定的压缩弹簧，用细绳固定，静止放置在气垫导轨上；d剪断细绳，读取滑块1、滑块2与弹簧分离后通过光电门的时间分别为t1和t2；e利用上述测量数据，若得出关系式_成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和。(2)本实验需要调节气垫导轨水平，调节方案是_。(3)若某同学实验前没有调节气垫导轨水平，重复进行了多次实验，结果总是滑块1的动量大于滑块2的动量，出现这一结果的原因可能是导轨左侧_(选填“高于”或“低于”)导轨右侧。
