高考物理复习第十三章实验十三Word文件下载.docx
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（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．
1．数据处理
验证表达式：
m1·
2．注意事项
（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.
命题点一 教材原型实验
例1
如图2所示，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．
图2
（1）实验中直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通过仅测量________（填选项前的符号）间接地解决这个问题．
A．小球开始释放高度h
B．小球抛出点距地面的高度H
C．小球做平抛运动的射程
（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复．
接下来要完成的必要步骤是____________．（填选项前的符号）
A．用天平测量两个小球的质量m1、m2
B．测量小球m1开始释放高度h
C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N
E．测量平抛射程OM、ON
（3）若两球相碰前后动量守恒，其表达式可表示为____________（用
（2）中测量的量表示）；
若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为____________（用
（2）中测量的量表示）．
（4）经测定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示．碰撞前后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝________∶11；
若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶________.实验结果说明，碰撞前后总动量的比值
＝________.
图3
（5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大．请你用（4）中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为________cm.
答案
（1）C
（2）ADE （3）m1·
OP＝m1·
OM＋m2·
ON m1·
OP2＝m1·
OM2＋m2·
ON2 （4）14 2.9 1（1～1.01均可） （5）76.8
解析
（1）小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即v＝
.而由H＝
gt2知，每次竖直高度相等，所以平抛时间相等，即m1·
，则可得m1·
ON.故只需测射程，因而选C.
（2）由表达式知：
在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E.
（3）若为弹性碰撞，则满足动量守恒的同时满足动能守恒，则
ON
m1（
）2＝
）2＋
m2（
）2
可得m1·
ON2
（4）p1＝m1·
，p1′＝m1·
联立可得p1∶p1′＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11，
p2′＝m2·
则p1′∶p2′＝（m1·
）∶（m2·
）＝11∶2.9
故
＝
≈1
（5）其他条件不变，使ON最大，则m1、m2发生弹性碰撞，则其动量和能量均守恒，可得
v2＝
而v2＝
，v0＝
故ON＝
·
OP＝
×
44.80cm＝76.8cm.
1．在“验证动量守恒定律”的实验中，已有的实验器材有：
斜槽轨道，大小相等质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，圆规．实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如图4所示．
试根据实验要求完成下列填空：
图4
（1）实验前，轨道的调节应注意____________________________________________．
（2）实验中重复多次让a球从斜槽上释放，应特别注意：
________________________________________________________________________.
（3）实验中还缺少的测量器材有_____________________________________________．
（4）实验中需要测量的物理量是__________________________________________．
（5）若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式________成立．
答案
（1）槽的末端的切线是水平的
（2）让a球从同一高处静止释放滚下 （3）天平、刻度尺 （4）a球的质量ma和b球的质量mb，线段OP、OM和ON的长度
（5）ma·
OP＝ma·
OM＋mb·
解析
（1）由于要保证两物体发生弹性碰撞后做平抛运动，即初速度沿水平方向，所以必需保证槽的末端的切线是水平的．
（2）由于实验要重复进行多次以确定同一个弹性碰撞后两小球的落点的确切位置，所以每次碰撞前入射球a的速度必须相同，根据mgh＝
mv2可得v＝
，所以每次必须让a球从同一高处静止释放滚下．
（3）要验证mav0＝mav1＋mbvb，由于碰撞前后入射球和靶球从同一高度同时做平抛运动，根据h＝
gt2可得两球做平抛运动的时间相同，故可验证mav0t＝mav1t＋mbvbt，而v0t＝OP，v1t＝OM，v2t＝ON，故只需验证ma·
ON，所以要测量a球的质量ma和b球的质量mb，故需要天平；
要测量两物体平抛时水平方向的位移即线段OP、OM和ON的长度，故需要刻度尺．
（4）由（3）的解析可知实验中需测量的物理量是a球的质量ma和b球的质量mb，线段OP、OM和ON的长度．
（5）由（3）的解析可知若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式：
ma·
ON.
命题点二 实验拓展创新
例2
现利用图5（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．
图5
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．
答案 见解析
解析 按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为
v＝
①
式中Δs为滑块在很短时间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．
设滑块A在碰撞前、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＝2.00m/s③
v1＝0.970m/s④
设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有
⑤
代入题给实验数据得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，得
δp≈1.7%<
5%
因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．
2．把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来，中间夹一被压缩了的轻弹簧，置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上，如图6所示，现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，探究物体间发生相互作用时的不变量．测量过程中：
图6
（1）还必须添加的器材有______________________________________________
（2）需直接测量的数据是___________________________________________
（3）需要验算的表达式如何表示？
___________________________________________.
答案
（1）刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平
（2）两物体的质量m1、m2，水平射程x1、x2
（3）m1x1＝m2x2
解析 两球弹开后，分别以不同的速度离开桌面做平抛运动，两球做平抛运动的时间相等，均为t＝
（h为桌面离地的高度）．根据平抛运动规律，由两球落地点距抛出点的水平距离x＝vt，知两球水平速度之比等于它们的射程之比．即v1∶v2＝x1∶x2；
所以本实验中只需测量x1、x2即可，测量x1、x2时需准确记下两球落地点位置，故需要刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板等．若要探究m1x1＝m2x2或者m1x
＝m2x
是否成立，还需用天平测量两球质量m1、m2.
3．如图7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7
（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
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