届高考物理一轮复习精品学案134第十三章 实验十六 验证动量守恒定律.docx

1、届高考物理一轮复习精品学案134第十三章 实验十六 验证动量守恒定律134实验十六验证动量守恒定律考纲解读1.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.验证在系统不受外力的作用下，系统内物体相互作用时总动量守恒基本实验要求规律方法总结1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pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒2实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等3实验步骤(1)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)按照实验原理图甲安装实验装置调整、固定斜槽使斜槽底端水平(3)白纸在

2、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)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面圆心P就是小球落点的平均位置(5)把被撞小球放在斜槽末端，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.如实验原理图乙所示(6)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m1m1m2，看在误差允许的范围内是否成立(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

3、证表达式：m1v1m2v2m1v1m2v22注意事项(1)前提条件保证碰撞是一维的，即保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动(2)利用斜槽进行实验，入射球质量要大于被碰球质量，即m1m2，防止碰后m1被反弹考点一对实验原理和操作的考查例1某同学用如图1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律图中PQ是斜槽，QR为水平槽实验时先使A球从斜槽上某一固定位置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个落点痕迹再把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

4、落点痕迹，重复这种操作10次O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点B球落点痕迹如图2所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐图1图2(1)碰撞后B球的水平射程应取_ cm.(2)在以下选项中，本次实验必须进行测量的有_(填选项号)A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球及B球落点位置到O点的距离C测量A球或B球的直径D测量A球和B球的质量(或两球质量之比)E测量O点相对于水平槽面的高度(3)实验中，关于入射球在斜槽上释放点的位置对实验影响的说法中正确的是 ()A释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B释放

5、点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小解析(1)用一尽可能小的圆把小球落点圈在里面，可知圆心的位置是65.7 cm，这也是小球落点的平均位置(2)本实验中要测量的数据有：两个小球的质量m1、m2，三个落点到O点的距离x1、x2、x3，所以应选A、B、D.(3)入射球的释放点越高，入射球碰前速度越大，相碰时内力越大，阻力的影响相对越小，可以较好的满足动量守恒的条件，也有利于减小测量水平位移时的相对误差，从而使实验

6、的误差减小，选项C正确答案(1)65.7(2)ABD(3)C考点二对实验数据处理的考查例2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3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50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力甲乙图3(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

7、车A的质量m10.4 kg，小车B的质量为m20.2 kg，则碰前两小车的总动量为_ kgm/s，碰后两小车的总动量为_ kgm/s.解析(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度(2)小车A在碰撞前速度v0m/s1.050 m/s小车A在碰撞前动量p0m1v00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s碰撞后A、B的共同速度vm/s0.695 m/s碰撞后A

8、、B的总动量p(m1m2)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s答案(1)BCDE(2)0.4200.417创新实验设计1实验方案方案一：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：带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥2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(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(改变滑块的质量改变滑块的初速度大小

9、和方向)碰撞前后的速度(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(1)测质量：用天平测出两小球的质量(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(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

10、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例3气垫导轨(如图4)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为

11、b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动图5为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以相同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度x1、x2和x3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_重复上述实验，多做几次若碰撞前、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图4图5解析打点周期为，打x1、x2、x3均用时.碰前其中一个滑块的动量p1mv1ma0.2abx1碰前另一个滑块的动量p2mv2m

12、a0.2abx3，故碰前总动量pp1p20.2ab(x1x3)，同理碰后总动量p2m0.4abx2答案0.2abx10.2abx30.2ab(x1x3)0.4abx21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 ()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答案ABD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mghmv20，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2在

13、做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图6所示，下列关于这个实验的说法正确的是 ()图6A入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下C要验证的表达式是m1m1m2D要验证的表达式是m1m1m2E要验证的表达式是m1(2r)m1(2r)m2答案D解析在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止入射球反弹或静止，故A错；入射球每次滚下必须从斜槽的同一位置，保证每次碰撞都具有相同的初动量，故B错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为m1

14、m1m2，D对，C、E错3在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图7甲、乙所示的两种装置：图7(1)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 ()Am1m2，r1r2Bm1m2，r1m2，r1r2Dm1m2；为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞，要求两小球半径相同故C正确(2)设入射小球为a，被碰小球为b，a球碰前的速度为v1，a、b相碰后的速度分别为v1、v2.由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时，可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度因此，需验证的动量守恒关系m1v1m1v1m2v2可表示为m1x1m1x1m2x2.所以需要直尺、天

15、平，而无需弹簧测力计、秒表由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无需游标卡尺(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1m1m2.4如图8(a)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，当甲车受到水平向右的冲量时，随即启动打点计时器甲车运动一段距离后，与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动图8纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图(b)所示，电源频率为50 Hz，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_.答案0.621解析由纸带及刻度尺可得碰前甲车的速度为v1m/s0.6 m/s.碰后两车的共同速度v2

16、m/s0.4 m/s.由动量守恒定律有m甲v1(m甲m乙)v2.由此得甲、乙两车的质量比.5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9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10 Hz，由图可知：图9(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200 g、300 g，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_kgm/s，B的动量的大小为_kgm/s.本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组

17、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)0.0180.018A、B两滑块作用前后总动量不变，均为0解析(1)A、B离开弹簧后因水平方向不再受外力作用，所以均做匀速直线运动，在离开弹簧前A、B均做加速运动，A、B两滑块的第一个间隔都应该比后面匀速时相邻间隔的长度小(2)周期T0.1 s，v，由题图知A、B匀速时速度分别为vA0.09 m/s，vB0.06 m/s，分开后A、B的动量大小均为pA0.018 kgm/s，方向相反，满足动量守恒，系统的总动量为0.6某同学利用打点计时器和气垫导轨做“验证动量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图10甲所示，所用的

18、气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差图10(1)下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下

19、纸带，重复步骤，选出较理想的纸带如图乙所示；测得滑块1(包括撞针)的质量为310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g；试着完善实验步骤的内容(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为_ kgm/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为_ kgm/s(保留三位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是_答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200618(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦解析(2)作用前滑块1的速度v1m/s2 m/s，其质量与速度的乘积为0.310 kg2 m/s0.620 kgm/

20、s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度vm/s1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310 kg0.205 kg)1.2 m/s0.618 kgm/s.7如图11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点与桌子边缘间的水平

21、距离为c.图11 (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)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)2m12m1m2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h、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2m12m1m2.