高考物理大一轮复习第六章实验七验证动量守恒定律讲义(含解析)教科版

1、验证表达式：mOP = m - OM+ON。基本实验要求1 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,算出碰撞前的动量 p=mvi + mv2及碰撞后的动量p= mvi + mv2，看碰撞前后动量是否相等.2 实验器材斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线.3 .实验步骤(1) 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) 按照如图1甲所示安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽底端水平.甲乙图1(3) 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Q(4) 不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次

2、.用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置.(5) 把被撞小球放在斜槽末端， 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 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) 连接QN测量线段QRQMQN的长度.将测量数据填入表中. 最后代入m QP = m Qm+QN,看在误差允许的范围内是否成立.(7) 整理好实验器材，放回原处.(8) 实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒.O规律方法总结1 .数据处理2 .注意事项(1) 斜槽末端的切线必须水平； 入射小球每次都必须从斜槽同一高度

3、由静止释放;(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.研透命题点轴研考纲邛頁题分析突碳肃题点命题点一教材原型实验【例1 (2018 山东省泰安市上学期期末)如图2,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.0 jW P N图2(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(填选项前的序号)，间接地解决这个问题.A. 小球开始释放的高度 hB. 小球抛出点距地面的高度HC. 小球做平抛运动的水平位移用天平测量两个小球的质量 m、m.图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂

4、直投影，实 验时，先让入射球 m多次从斜轨上 S位置静止释放；然后把被碰小球 m静止于轨道水平部分 的右侧末端，再将入射小球 m从斜轨上S位置静止释放，与小球 m相撞，并重复多次，分别 找到小球的平均落点 M P、N,并测量出平均水平位移OM OP ON若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 用中测量的量表示;若碰撞是弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为 用中测量的量表示.答案 (1)C(3) m - OP= m - OMF m - ONm - OP= m -。餉 m - ON解析(1)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易

5、的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平位移大小来体现速度大小，故需要测量水平位移，故A、B错误，C正确.(3)根据平抛运动规律可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则:Vo= 0,OM ONvi= , V2=-p,而动量守恒的表达式是：mvo= mvi+ mv2若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式若为弹性碰撞，则碰撞前后系统动能相同，则有:即满足关系式： m OP = m 0師 m ON.m OP= m OMF m ON即可;1 2 1 2 1 2 mvo = mvi + mv2,2 2 2【变式1 (2018 陕西省榆林市第三次模拟)“验证动

6、量守恒定律”的实验装置如图3所示,图3回答下列问题:(1) 实验装置中应保持斜槽末端 .(2) 每次小球下滑要从 处由静止释放.(3) 入射小球的质量mA和被碰小球的质量 m的大小关系是. 在图中，小球的水平射程的数值分别用OP OM和ON表示小球半径均为 r.因此只需验证答案(1)切线水平(2)同一高度(4) mOP= nAOMF m( ON- 2r)解析(1)要保证每次小球都做平抛运动，则斜槽末端必须切线水平；(2) 每次小球下滑要从同一高度处由静止释放，从而保证平抛运动的初速度相同；(3) 为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：mm；(4) 小球离开轨道后做平抛运

7、动， 由于小球抛出点的高度相等， 小球的运动时间t相等，如果 碰撞过程动量守恒，贝U：mvA= mvA+ mvB，两边同时乘以时间t得：mvt = mvA t + mvB t, 即：mOP= mOW m(ON- 2r).命题点二实验方案创新.创新方案1利用气垫导轨1实验器材：气垫导轨、 光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等.2 .实验方法(1) 测质量：用天平测出两滑块的质量.(2) 安装：按图4安装并调好实验装置.二：亦卫1亞：8 V图4实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：改变滑块的质量；改变滑块的初速度大小和方向).(4) 验

8、证：一维碰撞中的动量守恒.【例2(2018 安徽省安庆市二模)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5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m、m 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 ti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，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t

9、图5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=.答案d t2m m m + m t2 t 1 tm 11m t2m+ m 12 2 1 t解析(1)碰撞前A滑块的速度大小为2吐，碰撞前B滑块的速度大小为Vb= t2. 为了验证碰撞中动量守恒，需要验证关系式mBVB-mvA= (mB+ m)v,其中碰后的共同速度代入可得:mam m + m

10、 t2 t 1 = t1 2 1 2 1 2A B系统在碰撞过程中损失的机械能 E= 2mAVA + qmBVB - _2(mA+ m)v,代入可得:2d ； mmm+ m E= R ti 汁 t2 2 - 一.创新方案2利用等长的悬线悬挂等大的小球1 实验器材：小球两个(大小相同，质量不同)、悬线、天平、量角器等.2 实验方法(1) 测质量：用天平测出两小球的质量.(2) 安装：如图6所示，把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来.aCOb图6(3) 实验：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两小球相碰.(4) 测速度：可以测量小球被拉起的角度， 从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后

11、小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度.(5) 改变条件：改变碰撞条件，重复实验.(6) 验证：一维碰撞中的动量守恒.【例3 如图7所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球 1用细线悬挂于 0点，0点下方 桌子的边缘有一竖直立柱实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球 2右端接触且两球等高.将球 1拉到A点，并使之静止，同时把球 2放在立柱上.释放球 1,当它摆 到悬点正下方时与球 2发生对心碰撞，碰后球 1向左最远可摆到 B点，球2落到水平地面上的C点.测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距

12、离为 c.此外:(1)还需要测量的量是 、和(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为 .(忽略小球的大小)答案(1)弹性球1、2的质量m、m 立柱高h桌面离水平地面的高度H (2)2 rnah = c2m bh+m 列VH+h解析(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m,就能求h和桌面离水平地面的高度 H2的质量m和立柱高h、桌面出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高 就可以求出弹性球 2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球 离水平地面的高度 H就能求出弹性球2

13、的动量变化.(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程2m a h= 2m b h +.创新方案3利用水平气垫导轨上两滑块碰撞图8甲所示的气垫导轨上放【例4(2018 山东省日照市二模)为了“验证动量守恒定律”.着两个滑块，滑块A的质量为500g,滑块B的质量为200g.每个滑块的一端分别与穿过打点 计时器的纸带相连，两个打点计时器的频率均为50Hz.调节设备使气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两个滑块以不同的速度相向运动，碰撞后粘在一起继续运动图乙为纸带上选取的计数点，每两个计数点之间还有四个点没有画出.打点计时器打点ii时雅吒应#轨图8(1)判断气垫导轨是否处于水平，下列

14、措施可行的是 (填字母代号).A. 将某个滑块轻放在气垫导轨上，看滑块是否静止B. 让两个滑块相向运动，看是否在轨道的中点位置碰撞C. 给某个滑块一个初速度，看滑块是否做匀速直线运动D. 测量气垫导轨的两个支架是否一样高 根据图乙提供的纸带，计算碰撞前两滑块的总动量大小p1 =kg - m/s；碰撞后两滑块的总动量大小为p2=kg m/s.多次实验，若碰撞前后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证.(结果保留两位有效数字)答案AC (2)0.280.28解析(1)判断气垫导轨是否处于水平的措施是：将某个滑块轻放在气垫导轨上， 看滑块是否静止；或者给某个滑块一个初速度， 看滑块是否做匀速直线运动， 故选项A、C正确，选项B D错误.(2)根据纸带可求解 A B两滑块碰前的速度分别为：8.04