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1、专题45 验证动量守恒定律一、实验思路在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1、v2，算出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前、后动量是否相等。二、四种实验方案方案一利用气垫导轨完成一维碰撞实验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，如图所示。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(改变滑块质量；改变滑块的初速度大小和方向)。4验证：一维碰撞中的动量守恒。5数据处理(1)滑块速度：v，式中x为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，t为数字计时器显示
2、的滑块(挡光片)经过光电门的时间。(2)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2。方案二利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验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，如图所示。3实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一个整体运动。4改变条件：改变碰撞条件，重复实验。5数据处理(1)速度的测量：v，式中x是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，t为小车经过x的时间，可由打点间隔算出。(2)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2。方案三利
3、用等长摆球完成一维碰撞实验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：如图，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(1)改变小球被拉起的角度；(2)改变摆长。6.数据处理(1)摆球速度的测量：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。方案四利用斜槽滚球完成一维碰撞实验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
4、装：安装实验装置，如图甲所示。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放球找点：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。如图乙所示。6验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1OPm1OMm2ON，看在误差允许的范
5、围内是否成立。三、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。四、注意事项1若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。2若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。3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。4若利用平抛运动规律进行验证(1)斜槽末端的切线必须水平；(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释
6、放；(3)选质量较大的小球作为入射小球；(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。1.某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d；得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2；向气垫导轨通入压缩空气；利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2；观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同
7、，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t。试解答下列问题：(1)碰撞前A滑块的速度大小为_，碰撞前B滑块的速度大小为_。(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：_ (用题中物理量表示)。(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能。请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E_。2.用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片(1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是_(2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系
8、，实验分两次进行第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为t1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为t2，滑块B通过光电门2的时间为t3.第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为t4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为t5.为完成该实验，还必须测量的物理量有_(填选项前的字母)A挡光片的宽度dB滑块A的总质量m1C滑块B的总质量m2D光电门1到光电门2的距离L(3)在第二次实验中若滑块
9、A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为_(用已知量和测量量表示)(4)在第一次实验中若滑块A和B在碰撞的过程中机械能守恒，则应该满足的表达式为_(用已知量和测量量表示)3.(2020全国卷)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。实验步骤如下：(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间_时，可认为气垫导轨水平；(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2；(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块
10、；(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间t1、t2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I_，滑块动量改变量的大小p_；(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)(6)某次测量得到的一组数据为：d1000 cm，m1150102 kg，m20400 kg，t13900102 s，t21270102 s，t12150 s，取g980 m/s2。计算可得I_Ns，p_ kgms1；(结果均保留3位有效数字)(7)定义100%
11、，本次实验_%(保留1位有效数字)。4.(2022宿州第三次模拟)某实验小组用光滑导轨验证滑块碰撞过程中动量守恒。实验装置如图甲所示，两滑块置于导轨上，其中滑块2左侧粘有橡皮泥。(1)电火花计时器固定在紧靠导轨左端并连接在50 Hz交流电源上，将纸带穿过计时器并固定在滑块1的左端(图中未画出)，调节打点计时器的高度使纸带始终与导轨平行。主要步骤：实验前应调节导轨底部的调节旋钮，使导轨_；把滑块2放在导轨的中间，使滑块1置于左端弹射架上；先_，然后_，让滑块1带动纸带一起运动；(选填“接通电源”“释放滑块1”或“释放滑块2”)取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带；用天平测得滑块1的质量为300 g
12、，滑块2(包括橡皮泥)的质量为346 g。(2)某次实验打出的纸带如图乙所示(纸带上的点为自然点)。两滑块碰撞之前系统的总动量为_kgm/s；两滑块碰撞之后系统的总动量为_kgm/s。(结果均保留3位有效数字)5.某学校物理兴趣小组的同学利用身边的实验器材，完成验证动量守恒定律实验身边的实验器材有刻度尺、天平、秒表、量角器、打点计时器(一套)、装有厚厚一层松软细砂的小车(以下简称“小车”)、铁块、一端带有竖直挡板的长木板、木块、纸带实验步骤如下：第1步：把长木板带有竖直挡板的一端固定在水平桌面上，把木块垫在木板的左端下方，制成一个斜面并将实验器材按如图所示方式安装好；把小车放到木板上，将穿过打
13、点计时器的纸带与小车连接通过左右调整木块位置，直到给小车一个沿木板向下的初速度，小车所连纸带上打出的点间隔均匀第2步：把小车放到木板上靠近打点计时器的一端，给小车一个沿木板向下的初速度，经过一段时间后把铁块轻轻放到小车里的细砂上第3步：取下纸带，分别测量纸带上点迹均匀的两部分连续5个点的距离x1和x2，且x1x2.第4步：重复第2步和第3步，记录x1和x2.请回答下列问题(1)下列实验器材中必需的是_(选填选项前的字母)A天平B秒表C刻度尺D量角器(2)在坐标纸上，以x1和x2分别为纵、横轴，把记录的数据在坐标纸上描点连线，得到一条斜率为k的过原点的直线只需满足铁块与小车的质量的比值为_，就能
14、验证小车和铁块沿_方向动量守恒(3)若铁块从一定高度由静止释放做自由落体运动落到小车上的细砂里，小车和铁块组成的系统沿斜面方向的动量_(填“不守恒”或“守恒”)，小车匀速运动时的动量_(填“大于”“小于”或“等于”)铁块落到细砂里后小车和铁块组成的系统的总动量6某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车甲的前端黏有橡皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为50 Hz，长木板一端下面垫着小木片用以平衡摩擦力(1)若已得到打点纸带如图所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，则应选_段来计算甲的碰前速度，应选_段来计算甲和乙碰后的共同速度(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”) (2)已测得小车甲的质量m甲0.40 kg，小车乙的质量m乙0.20 kg，由以上测量结果可得：碰前m甲v甲m乙v乙_ kgm/s；碰后
