高考物理专题精准突破实验验证动量守恒定律原卷版Word格式.docx

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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。

（2）实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。

2．偶然误差：

主要来源于质量m和速度v的测量。

自作主张自作主张

三、实验创新设计

将上面四种基本方法进行组合、迁移、可以延伸出多种验证动量守恒的方法．

创新角度

实验装置图

创新解读

实验原理

的创新

1.利用斜面上的平抛运动获得两球碰后的速度

2.利用对比性实验，体现了实验的多样性和创新性

实验器材

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

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

【高考领航】

【2019·

浙江选考】小明做“探究碰撞中的不变量”实验的装置如图1所示，悬挂在O点的单摆由长为l的细线和直径为d的小球A组成，小球A与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球B发生对心碰撞，碰后小球A继续摆动，小球B做平抛运动。

图1图2

（1）小明用游标卡尺测小球A直径如图2所示，则d=_______mm。

又测得了小球A质量m1，细线长度l，碰撞前小球A拉起的角度α和碰撞后小球B做平抛运动的水平位移x、竖直下落高度h。

为完成实验，还需要测量的物理量有：

______________________。

（2）若A、B两球碰后粘在一起形成新单摆，其周期_________（选填“小于”、“等于”或“大于”）粘合前单摆的周期（摆角小于5°

）。

【最新考向解码】

例1.（2019·

石家庄精英中学高三二调）某同学用如图所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验，其操作步骤如下：

A．将操作台调为水平；

B．用细线将滑块A、B连接，滑块A、B紧靠在操作台边缘，使滑块A、B间的弹簧处于压缩状态；

C．剪断细线，滑块A、B均做平抛运动，记录滑块A、B的落地点M、N；

D．用刻度尺测出M、N距操作台边缘的水平距离x1、x2；

E．用刻度尺测出操作台台面距地面的高度h。

（1）上述步骤中，多余的步骤是______，缺少的步骤是____________________。

（2）如果动量守恒，需要满足的关系是______________（用测量量表示）。

例2.（2019·

浙江宁波高三上学期期末十校联考）如图1为验证动量守恒定律的实验装置，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验。

①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，用游标卡尺测小球m1的直径如图2所示，则d＝________cm；

②安装实验装置，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面BC连接在斜槽末端；

③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，标记小球在斜面上的落点位置P；

④将小球m2放在斜槽末端B处，仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放，两球发生碰撞，分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置；

⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离。

图1中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN。

依据上述实验步骤，请回答下面问题：

（1）两小球的质量m1、m2应满足m1________（填“>

”“＝”或“<

”）m2；

（2）用实验中测得的数据来表示，只要满足关系式______________________，就能说明两球碰撞前后动量是守恒的。

例3（2019·

湖南怀化模拟）某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；

气垫导轨

装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．

（1）下面是实验的主要步骤：

①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；

②向气垫导轨通入压缩空气；

③接通光电计时器；

④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；

⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；

⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；

⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：

滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；

⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1的质量为m1＝300g，滑块2（包括弹簧）的质量为m2＝200g；

（2）数据处理与实验结论：

①实验中气垫导轨的作用是：

a．_______________________________________________________________；

b．_______________________________________________________________.

②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；

碰撞后滑块1的速度v2为________m/s，滑块2的速度v3为________m/s；

（结果保留两位有效数字）

③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？

通过对实验数据的分析说明理由．（至少回答2个不变量）．

【微专题精练】

1.如图甲所示，在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车，甲车系一穿过打点计时器的纸带，启动打点计时器甲车受到水平向右的冲量。

运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动。

纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图实乙所示，电源频率为50Hz，则碰撞前甲车运动速度大小为________m/s，甲、乙两车的质量比m甲∶m乙＝________。

3.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：

在小车甲的前端粘有橡

皮泥，推动小车甲使之做匀速直线运动．然后与原来静止在前方的小车乙相碰并粘合成一体，

而后两车继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示．在小车甲后连着纸带，打点计

时器的打点频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．

（1）若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距并标在图上，A为运动起始的第一点，则应选________段计算小车甲的碰前速度，应选________段来计算小车甲和乙碰后的共同速度（以上两格填“AB”“BC”“CD”或“DE”）．

（2）已测得小车甲的质量m甲＝0.40kg，小车乙的质量m乙＝0.20kg，由以上测量结果，可得碰前m甲v甲＋m乙v乙＝________kg·

m/s；

碰后m甲v甲′＋m乙v乙′＝________kg·

m/s.

（3）通过计算得出的结论是什么？

4．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：

在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动。

他设计的装置如图甲所示。

在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。

甲乙

（1）若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）。

A为运动的起点，则应选________段来计算A碰前的速度。

应选________段来计算A和B碰后的共同速度（以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。

（2）已测得小车A的质量m1＝0.4kg，小车B的质量为m2＝0.2kg，则碰前两小车的总动量为________kg·

m/s，碰后两小车的总动量为________kg·

m/s。

4.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所示．

试根据实验要求完成下列填空：

（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_____________________________________成立．

5.（2019·

济宁模拟）为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰

撞，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：

①用天平测出两个小球的质量（分别为m1和m2，且m1＞m2）．

②按照如图所示的那样，安装好实验装置．将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端处的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端．

③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置．

④将小球m2放在斜槽末端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和m2在斜面上的落点位置．

⑤用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF.

（1）小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点是图中的________点，m2的落点是图中的________点．

（2）用测得的物理量来表示，只要满足关系式______________________________，则说明碰撞中动量守恒．

（3）用测得的物理量来表示，只要再满足关系式___________________________，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞．

6.（2019·

济南模拟）为了验证动量守恒定律（探究碰撞中的不变量），某同学选取了

两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：

步骤1：

在A、B的相撞面分别装上橡皮泥，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；

步骤2：

安装好实验装置如图，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽．倾斜槽和水平槽由一小段圆弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；

步骤3：

让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；

步骤4：

多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图所示．

（1）由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置________．

①在P5、P6之间

②在P6处

③在P6、P7之间

（2）为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________．

①A、B两个滑块的质量m1和m2

②滑块A释放时距桌面的高度

③频闪照相的周期

④照片尺寸和实际尺寸的比例

⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78

⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89

⑦滑块与桌面间的动摩擦因数

写出验证动量守恒的表达式_________________________________________．

7.（2019·

江苏模拟）如图为实验室常用的气垫导轨验证动量守恒的装置．两带有等宽遮光条的

滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导

轨上，调节导轨使其能实现自由静止，这是表明____________________，烧断细线，滑块A、

B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式

________________，则说明该实验动量守恒．

8.如图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点下方桌子的边沿有一竖直立柱。

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。

此处，

（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）。

9.（2018·

山东省日照市二模）为了“验证动量守恒定律”．图甲所示的气垫导轨上放着两个滑块，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．

（1）判断气垫导轨是否处于水平，下列措施可行的是________（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

（2）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·

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）

10.某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球（小球与弹簧不连接），压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中（管径略大于两球直径），金属管水平固定在离地面一定高度处，如图所示．解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射．现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，并按下述步骤进行实验：

①用天平测出两球质量分别为m1、m2；

②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；

③解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点M、N.

根据该小组同学的实验，回答下列问题：

（1）要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有________．

A．弹簧的压缩量Δx

B．两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2

C．小球直径

D．两球从弹出到落地的时间t1、t2

（2）根据测量结果，可得弹性势能的表达式为________________________________________．

（3）用测得的物理量来表示，如果满足关系式________________________________________________________________________，

则说明弹射过程中系统动量守恒．