高考物理一轮复习学案 实验：验证动量守恒定律

第一高级中学高三物理备课组主备人：审核人：班级：姓名：2022年10月12日实验：验证动量守恒定律【学习目标】1．通过实验原理和思路的探究，会用实验装置测速度或用其他物理量表示物体的速度大小。2．通过探究设计多种试验方案，验证在系统不受外力的作用时，系统内物体相互作用时总动量守恒。【学习重难点】重点：能合理地选择实验器材，获得实验数据，分析实验数据，形成结论。难点：学过的物理术语、图表等交流本实验的探究过程与结论【学习过程】一、实验原理在一维正碰中，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p=___________及碰撞后的动量p′=___________，看碰撞前、后___________是否相等。二、实验思路问题1：我们应该怎样设计实验，使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0？问题2：想要验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？三、实验方案及实验过程方案一：利用气垫导轨实现一维碰撞（1）质量的测量：用天平测量。（2）速度的测量：，式中为滑块（挡光片）的宽度，为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。（3）各种碰撞情景的实现：利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞，利用滑块上加重物的方法改变碰撞物体的质量。（4）验证表达式：________________________________方案二：利用等长摆球实现一维碰撞，如图所示。（1）质量的测量：用天平测量。（2）速度的测量：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，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。（3）不同碰撞情景的实现：用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失。（4）验证表达式：________________________________方案三：利用两辆小车完成一维碰撞实验（1）用天平测出两小车的质量。（2）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）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，把两小车连接成一体运动。（4）通过纸带上两计数点间的距离及时间，选择碰撞前后匀速阶段，由v=∆x验证的表达式：_________________________方案四：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验⑴将斜槽固定在铁架台上，槽的末端水平。在斜槽末端固定一条重锤线，重锤线正对木板的O点。⑵将质量为m2的小球静放在斜槽末端，让质量为m1的小球从斜槽上滚下。两球在斜槽末端碰撞，碰后分别落在木板上的M点和N点。⑶斜槽末端不放置m2小球，质量为m1的小球从斜槽上同一高度处滚下，经过斜槽末端后直接飞出，落在木板上P点。⑷用天平测量两个小球的质量，并验证表达式_________________________是否成立。例1、某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验。在水平桌面上放置气垫导轨，导轨上安装光电计时器1和光电计时器2，带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：①调节气垫导轨成水平状态；②轻推滑块A，测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1；③滑块A与滑块B相碰后，滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3。（1）实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动，则mA、mB应满足的关系为mA___________（填“大于”“等于”或“小于”）mB。（2）利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为_________________________例2.“碰撞中的动量守恒”实验装置如图甲所示，让质量为m1的小球A从斜槽上的某一位置自由滚下，与静止在支柱上质量为m2的小球B发生对心碰撞。(1)实验必须满足的条件________；A．轨道末端的切线必须是水平的B．斜槽轨道必须光滑C．入射球m1每次必须从同一高度由静止滚下D．入射球m1和被碰球m2的球心在碰撞瞬间必须在同一高度（2）若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2则________A．m1＞m2，r1＞r2B．m1＞m2，r1＜r2C．m1＞m2，r1＝r2D．m1＜m2，r1＝r2（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________________________________（用m1、m2及图中字母表示）（4）若碰撞为弹性碰撞，除动量守恒外，还需满足的关系式是。例3.某同学用如图所示的装置研究两辆小车碰撞前后的总动量，实验步骤如下：步骤1：在长木板的一端垫适量的薄木片，使小车能沿木板匀速下滑；步骤2：在小车甲前端贴少量橡皮泥，后端连接纸带。接通电源后让甲以某一速度沿木板下滑，与置于木板上的静止小车乙相撞并粘在一起，继续运动。已知打点计时器所用电源的频率是50Hz，得到的纸带如图所示（图中数字的单位是cm）。⑴在AB、BC、CD、DE四段长度中，计算碰前甲的速度时应该选用__________段，计算碰后两车的速度时应该选用_________段。⑵若小车甲的质量为0.4kg、小车乙的质量为0.2kg，则碰撞前两车的总动量是_________，碰撞后两车的总动量是_________。（保留三位有效数字）【达标检测】1．用如图所示装置可验证弹性碰撞中的动量守恒，现有质量相等的a、b两个小球用等长的、不可伸长的细线悬挂起来，b球静止，拉起a球由静止释放，在最低点a、b两球发生正碰，碰后a球速度为零，完成以下问题：(1)实验中必须测量的物理量有________．A．a、b球的质量mB．细线的长度LC．释放时a球偏离竖直方向的角度θ1D．碰后b球偏离竖直方向的最大角度θ2E．当地的重力加速度g(2)利用上述测量的物理量验证动量守恒定律的表达式为________．2．某学习小组用如图所示的装置来验证碰撞中的动量守恒，实验中先从某一高度处单独释放质量为ma的小球a，标记下小球a撞击在挡板上的位置M，再在水平轨道上放上质量为mb的小球b，从同一高度释放小球a，标记两球撞击挡板的位置P、N，关于本实验下列说法正确的是（A．为减小实验误差，两小球的质量需满足B．位置N为小球b撞击挡板的位置C．小球离开轨道后下落的高度越大则小球的离开轨道时的速度越大D．该实验中可用来反映小球a的初动量3．如图所示的装置是“冲击摆”，摆锤的质量很大，子弹以初速度v0从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。(1)子弹射入摆锤后，与摆锤一起从最低位置摆至最高位置的过程中，________守恒。要得到子弹和摆锤一起运动的初速度v，还需要测量的物理量有________。A．子弹的质量mB．摆锤的质量MC．冲击摆的摆长lD．摆锤摆动时摆线的最大摆角θ(2)用问题(1)中测量的物理量得出子弹和摆锤一起运动的初速度v＝___