高考物理一轮复习实验专题验证动量守恒定律导学案2整理.docx
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高考物理一轮复习实验专题验证动量守恒定律导学案2整理
2018届高考物理一轮复习实验专题验证动量守恒定律导学案2
编辑整理：
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实验:
验证动量守恒定律
方案一：
利用气垫导轨完成一维碰撞实验（如图1所示）
图1
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（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：
利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验（如图2所示）
图2
1．测质量:
用天平测出两小球的质量m1、m2。
2．安装：
把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.
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.
方案三：
在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验（如图3所示）
图3
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：
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v＝
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.
方案四：
利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律（如图4所示）
图4
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：
按照图4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．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1
0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5所示.
图5
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m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立.
误差分析
（1）系统误差：
主要来源于装置本身是否符合要求。
①碰撞是否为一维碰撞。
②实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等。
（2）偶然误差：
主要来源于质量m和速度v的测量。
实验注意事项
（1）碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
（2）若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。
（3）若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内。
（4）若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力.
（5）若利用斜槽进行实验,入射球质量m1要大于被碰球质量m2，即m1〉m2，防止碰后m1被反弹,且两球半径r1＝r2＝r。
热点突破
热点一 实验原理与实验操作
1．（多选）如图6在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是（ ）
图6
A．悬挂两球的线长度要适当,且等长
B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度
C．两小球必须都是刚性球,且质量相同
D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动
解析 两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确;由于计算碰撞前速度时用到了mgh＝
mv2－0，即初速度为0,B正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C错误；两球正碰后，有各种运动情况，
所以D正确。
答案 ABD
2．某同学用如图7所示的装置做验证动量守恒定律的实验。
先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从固定点由静止开始滚下，和b球相碰后,两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。
图7
（1）本实验必须测量的物理量有__________。
A．斜槽轨道末端距水平地面的高度H
B．小球a、b的质量ma、mb
C．小球a、b的半径r
D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t
E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离
、
、
F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h
（2）放上被碰小球b,两球（ma>mb）相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的________点和________点.
（3）某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒,那么判断的依据是看__________和__________在误差允许范围内是否相等。
解析
（1）B点是不发生碰撞时a球的落地点，A点是发生碰撞后a球的落地点，C点是碰后b球的落地点。
设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为vA,碰后b球的速度大小为vC，本实验就是要验证关系式mavB＝mavA＋mbvC是否成立。
因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比,所
以本实验也可以验证ma·
＝ma·
＋mb·
是否成立，B、E正确。
（2）两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小,所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点。
（3）根据
（1）的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是看ma·
和ma·
＋mb·
在误差允许范围内是否相等。
答案
（1）BE
（2）A C
（3）ma·
ma·
＋mb·
热点二 数据处理及分析
3．现利用图8（a）所示的装置验证动量守恒定律。
在图（a）中,气垫导轨上有A、B两个滑块,滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片,上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。
（a）
（b）
图8
实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0。
108kg，遮光片的宽度d＝1。
00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50。
0Hz.
将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰.碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。
若实验允许的相对误差绝对值（|
|×100％）最大为5％，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？
写出运算过程。
解析 按定义,物体运动的瞬时速度大小为v：
v＝
①
式中Δs为物块在很短时间Δt内走过的路程,设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA,则
ΔtA＝
＝0。
02s②
ΔtA可视为很短，设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为v0、v1，将②式和图给实验数据代入①式可得:
v0＝
m/s＝2.00m/s③
v1＝
m/s＝0.970m/s④
设B在碰撞后的速度大小为v2,由①式有
v2＝
⑤
代入题所给的数据可得：
v2＝2。
86m/s⑥
设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p′,则
p＝m1v0⑦
p′＝m1v1＋m2v2⑧
两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为
δp＝|
|×100％⑨
联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，
可得：
δp≈1.7%<5%⑩
因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.
答案 见解析
热点三 实验拓展与创新
4．如图9是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O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离为c。
此外:
图9
（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）
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m1,就
能求出弹性球1的动量变化;根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度H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2的质量和立柱高A、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化。
（2）根据
（1）的解析可以写出动量守恒的方程
2m1
＝2m1
＋m2
。
答案
（1）弹性球1、2的质量m1、m2 立柱高h 桌面离水平地面的高度H
（2）2m1
＝2m1
＋m2
随堂检测
1．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图10所示，采用的实验步骤如下:
图10
a．松开手的同时，记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰到C、D挡板时计时器结束计时,分别记下A、B到达C、D的运动时间t1和t2。
b．在A、B间水平放入一个轻弹簧，用手压住A、B使弹簧压缩，放置在气垫导轨上,并让它静止在某个位置。
c．给导轨送气，调整气
垫导轨，使导轨处于水平。
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离l1，B的
右端至D板的距离l2.
（1）实验步骤的正确顺序是_________
_。
（2）实验中还需要的测量仪器是__________,还需要测量的物理量是__________。
（3）利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是__________。
2．用如图11甲所示装置通过半径相同的A、B两球碰撞来验证动量守恒定律，实验时先使质量为mA的A球从斜槽上某一固定点G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹,把质量为mB的B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次，得到了如图乙所示的三个落地处.
图11
（1）请在图乙中读出OP＝__________cm。
（2）由乙图可以判断出R是__________球的落地点,Q是__________球的落地点。
（3）为了验证碰撞前后动量守恒,该同学只需验证表达式______________________.
3．如图12甲所示，是气
垫导轨上的两个滑块的照片，中间是滑块A,质量mA＝0.20kg，右边是滑块B,质量mB＝0.30kg。
乙图是滑块B向左运动中与滑块A碰后合为一体的照片,频闪照片的频率f＝10Hz.
（1）根据照片提供的信息，碰前的动量为______kg·m/s,碰后的动量为__________kg·m/s。
图12
（2）实验结论：
___________________________________________________。
参考答案
1。
解析
（2）还需用天平测滑块的质量。
（3）两滑块脱离弹簧的速度为v1＝
v2＝
，
由动量守恒得m1v1＝m2v2即m1
＝m
2
.
答案
（1）cbda
（2）天平 A、B两滑块的质量m1、m2
（3）m1
＝m2
2。
解析
（1）由图可知OP约为17。
5cm，
（2）Q是A球碰前的落点，P是A球碰后的落点，R是B球的落点。
（3）因为各球的运动时间相等,因此碰后的速度可以用水平位移来代替,需要验证的表达式为mAOQ＝mAOP＋mBOR。
答案
（1）17。
5
（2）B A （3）mAOQ＝mAOP＋mBOR
3.解析 题图为利用多次闪光放电管拍摄的多重照片,即频闪照片。
这种照片可以捕捉住质点各瞬间的位置，从而研究质点的运动规律．频闪照片频率为10Hz，即相邻两位置的发生时间为0。
1s。
从图中读出碰前A质点的位置不变，则A静止；B质点在相等时间内的位移为1。
6cm,B碰前的速度应为v0＝
m/s＝0.16m/s,所以B碰前的动量为pB＝mv0＝0。
16×0.30kg·m/s＝0.048kg·m/s。
碰撞后两质点具有共同速度，相等时间内的位移为
1.0cm，则碰后速度v共＝
m/s＝0。
10m/s
碰后的动量
p＝（mA＋mB）v共＝（0.20＋0.30）×0。
10kg·m/s
＝0.050kg·m/s
实验表明：
在误差允许的范围内,碰撞前后动量相等，在碰撞过程中动量守恒。
答案
（1）0.048 0。
050
（2）在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等。
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