《南方新课堂·高考总复习》物理 第六章 实验六 验证动量守恒定律配套课件

实验六验证动量守恒定律1.实验目的验证碰撞中的动量守恒定律.2.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＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等.3.实验器材方案一利用气垫导轨完成一维碰撞实验气垫导轨、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、橡皮泥等.方案二在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等.方案三利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等.4.实验步骤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)测速度：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(①改变滑块的质量；②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.方案二在光滑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)碰撞：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)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由算出速度. (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.

方案三利用等大小球做平抛运动完成一维碰撞实验(1)测质量：先用天平测出入射小球、被碰小球质量ma、mb(ma>mb).(2)安装：按如图所示安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，且碰撞瞬间入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保两小球正碰后的速度方向水平.(3)铺白纸：在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸.(4)定O点：在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射小球碰前的位置.

(5)定P点：先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，圆心就是入射小球发生碰撞前的落地点P.

(6)定M、N点：把被碰小球放在斜槽的末端，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，从上一步骤求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N.(7)连直线：过O和N在纸上作一直线.(8)测长度：用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度.5.误差分析

(1)系统误差主要来源于实验器材及实验操作等.如：①碰撞是否为一维；②气垫导轨是否完全水平，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.6.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，给滑块的初速度应沿着导轨的方向；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，使斜槽末端切线水平，且选质量较大的小球为入射小球.考点1基本实验原理与实验操作的考查

【典题1】(2024

年河南卷)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律.将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸.实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP，将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN.完成下列填空：(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件ma________mb(填“>”或“<”).

(2)如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式________________，则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律.实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是_____________________________________________________________________________________________________.答案：(1)>(2)maxP＝maxM＋mbxN小球离开斜槽末端后做平抛运动，竖直方向高度相同，故下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比

考点2数据处理与误差分析 【典题2】气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接(如图甲所示)，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10Hz，由图可知：甲乙

(1)A、B离开弹簧后，应该做________运动，已知滑块A、B的质量分别为200g、300g，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_______________. (2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为________kg·m/s，B的动量大小为________kg·m/s，本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是__________________________________________________.答案：(1)匀速直线

A、B两滑块的第一个间隔(2)0.018

0.018

A、B两滑块作用前后总动量相等，均为0实验目的的创新

1.利用动量守恒、机械能守恒计算弹丸的发射速度2.减小实验误差的措施，体现了物理知识和物理实验的实用性、创新性和综合性(续表)实验器材的创新1.利用铝质导轨研究完全非弹性碰撞2.利用闪光照相机记录立方体滑块碰撞前后的运动规律，从而确定滑块碰撞前后的速度(续表)实验过程的创新1.用压缩弹簧的方式使两滑块获得速度，可使两滑块的合动量为零2.利用v＝

的方式获得滑块弹离时的速度3.根据能量守恒定律测定弹簧的弹性势能考向1利用气垫导轨

【典题3】(2024

年广东广州一模)如图甲，光电门1、2固定在气垫导轨上，滑块A静置于光电门1左侧，滑块B静置于光电门1、2之间，现用该装置验证A、B碰撞前后系统动量守恒.完成下列相关实验内容.甲乙

(1)实验原理

若气垫导轨水平，A、B质量分别为mA、mB；A向右运动，遮光片通过光电门1的遮光时间为Δt1，A、B碰后粘在一起运动，遮光片通过光电门2的遮光时间为Δt2.当Δt1Δt2＝_______(用mA、mB表示)时，系统动量守恒得到验证.(2)实验操作

①调节气垫导轨水平：接通气源，仅将A放置于光电门1的左侧，轻推A，若遮光片通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间，则需要适当________(填“升高”或“降低”)导轨左端，反复调节使气垫导轨水平；②再将A、B如图甲放置，轻推A，使A、B碰撞并粘在一起，记录Δt1、Δt2的值；③重复步骤②，多次实验，记录多组Δt1、Δt2

数据.考向2利用竖直挡板【典题4】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：①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；

②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；

③将木板向右水平平移适当距离，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；

④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③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________(多选，填字母).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②③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________(多选，填字母).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.(4)若两球发生的是弹性碰撞，则h1、h2、h3

之间的关系式应为______________________.

解析：(1)小球a的质量一定要大于小球b的质量，防止入射球碰后反弹，A正确；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，B错误；步骤②③中入射小球a的释放点位置不一定相同，但是步骤③④中入射小球a的释放点位置一定要相同，C错误；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，D正确.答案：(1)AD(2)BD考向3利用冲击摆

【典题5】(2024

年四川自贡模拟)如图甲所示的冲击摆装置，主要用于研究物体的完全非弹性碰撞及测定钢球的速度等实验.其原理是利用左端的弹簧枪发射钢球，将钢球水平打入静止摆块左侧的小洞并停在里面，时间极短，摆块(内含钢球)向右摆动，推动指针，指针摆过的最大角度即为摆块的最大摆角，弹簧枪水平发射钢球的速度有三挡.利用这种装置可以测出钢球的发射速度.图乙是其简化装置图.甲乙丙(1)实验开始前，需测量的物理量为________(填字母).B.摆块的质量MA.子弹的质量mC.子弹的直径d(2)实验步骤如下：①将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平.

②调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔洞跟枪口正对，使从弹簧枪中弹出的钢球恰好能射入摆块内，摆块能摆动平稳.并且使摆块右侧与刻度对齐.③用刻度尺测量出摆长l.

④让摆块静止在平衡位置，扣动弹簧枪扳机，钢球射入摆块(未穿出)，摆块和钢球推动指针一起摆动，记下指针的最大摆角.挡位平均最大摆角θ/度钢球质量m/kg摆块质量M/kg摆长l/m钢球的速度v/(m·s-1)低速挡15.70.007650.07890.2705.03中速挡19.10.007650.07890.2706.77高速挡0.007650.07890.2707.15⑤多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值