高考物理一轮复习 第六章 动量和动量守恒定律 第3讲 实验验证动量守恒定律学案.docx

1、高考物理一轮复习 第六章 动量和动量守恒定律 第3讲 实验验证动量守恒定律学案 第3讲实验：验证动量守恒定律微知识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(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(改变滑块的质量；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的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m1、m2。(2)安装：把两个等大的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。(

2、4)测速度：通过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

3、验。(6)验证：一维碰撞中的动量守恒。方案四：利用等大的小球做平抛运动完成一维碰撞实验。(1)先用天平测出小球质量m1、m2。(2)按图所示那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端切线水平，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，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平。(3)在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸。(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置。(5)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所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球发生碰撞前的落地点P。(6)把被碰

4、小球放在斜槽末端上，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复10次，仿步骤(5)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)过O和N在纸上作出一直线。(8)用刻度尺量出线段OM、OP、ON的长度。把两小球的质量和相应的数值代入m1m1m2，看是否成立。(9)整理实验器材放回原处。一、思维辨析(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1在上面的方案一中气垫导轨必须调整成水平状态。()2在上面的方案二中两小球相撞时球心应位于同一高度。()3在上面的方案四中入射小球质量应小于被撞小球质量。()4在上面的方案四中需测出桌面到水平地面的高度。()二、对点微练1(实验原理)在做“

5、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所示，下列关于这个实验的说法正确的是 ()A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m1m1m2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项错；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项错；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m1m1m2，D项对，C项错。答案D2(数据处理)如图甲所示，

6、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。甲乙纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图乙所示，电源频率为50 Hz，则碰撞前甲车运动速度大小为_ m/s，甲、乙两车的质量之比m甲m乙_。解析由纸带及刻度尺可得碰前甲车的速度为v1 m/s0.6 m/s。碰后两车的共同速度v2 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。答案0.621见学生用书P099微考点实验原理和数据处理核|心|微|讲1在各个方案中都要求碰撞的两

7、物体保持“水平”和“正碰”。2在方案四中入射小球的质量要大于被碰小球的质量，防止碰后入射小球反弹。典|例|微|探【例】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，气垫导轨装置如图甲所示，所用的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，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。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

8、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，已知碰后两滑块一起运动。先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动。取下纸带，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。(1)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。(结果保留三位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要

9、原因是_。【解题导思】(1)碰撞前系统的总动量的表达式，碰撞后系统的总动量的表达式。答：碰撞前系统总动量m1v1，碰撞后系统总动量(m1m2)v。(2)纸带和滑块受到的阻力对实验会产生影响吗？答：阻力对实验会产生影响，会使总动量减小。解析(1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块1。(2)作用前滑块1的速度v1 m/s2 m/s，其质量与速度的乘积为0.3102 kgm/s0.620 kgm/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v m/s1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.3100.205)1.2 kgm/s0.618 kgm/s。(3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打

10、点计时器的限位孔有摩擦。答案(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦题|组|微|练1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50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。(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。(均填“AB”

11、“BC”“CD”或“DE”)(2)已测得小车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。甲乙解析(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v0 m/s1.050 m/s，小车A在碰撞前动量p0m1v00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s，

12、碰撞后A、B的共同速度v m/s0.695 m/s，碰撞后A、B的总动量p(m1m2)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s。答案(1)BCDE(2)0.4200.4172某同学用如图甲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

13、上的垂直投影点。B球落点痕迹如图乙所示，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。(1)碰撞后B球的水平射程应取_ cm。(2)(多选)在以下选项中，本次实验必须进行测量的有_。(填选项字母)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甲乙(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正确的是_。(填选项字母)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释放点越低，两球碰后水平位移越小，水

14、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ABD项。(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，可以较好地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，从而使实验的误差减小，选项C正确。答案(1

15、)65.7(2)ABD(3)C见学生用书P1001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10 Hz，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，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是_。解

16、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p0.018 kgm/s，方向相反，满足动量守恒，系统的总动量为0。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02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

17、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距离为c。(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

18、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。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)2m12m1m23.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的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)：采用的实

19、验步骤如下：用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。调整气垫导轨，使导轨处于水平。在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1。按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。(1)实验中还应测量的物理量是_。(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_。(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如果能，请写出表达式；如果不能

20、，请说明理由：_。解析(1)验证动量守恒，需要知道物体的运动速度，在已经知道运动时间的前提下，需要测量运动物体的位移，即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2。(2)由于运动前两物体是静止的，故总动量为零，运动后两物体是向相反方向运动的，设向左运动为正，则有mAvAmBvB0，即mAmB0。造成误差的原因：一是测量本身就存在误差，如测量质量、时间、距离等存在误差；二是空气阻力或者是导轨不是水平的等。(3)根据能量守恒知，两运动物体获得的动能就是弹簧的弹性势能。故有Ep。答案(1)B的右端至D板的距离L2(2)mAmB0原因见解析(3)能。Ep4某同学用如图所示的装置，利用两个大小相同的小球做对

21、心碰撞来验证动量守恒定律，图中AB是斜槽，BC是水平槽，它们连接平滑，O点为重锤线所指的位置。实验时先不放置被碰球2，让球1从斜槽上的某一固定位置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10次，然后将球2置于水平槽末端，让球1仍从位置G由静止滚下，和球2碰撞，碰后两球分别在记录纸上留下各自的痕迹，重复10次。实验得到小球的落点的平均位置分别为M、N、P。(1)(多选)在该实验中，应选用的器材是下列器材中的_。(填选项字母)A天平B游标卡尺C刻度尺D大小相同的钢球两个E大小相同的钢球和硬橡胶球各一个(2)在此实验中，球1的质量为m1，球2的质量为m2，需满足m1_(填“大于”

22、“小于”或“等于”)m2。(3)被碰球2飞行的水平距离由图中线段_表示。(4)若实验结果满足m1_，就可以验证碰撞过程中动量守恒。解析(1)在小球碰撞过程中，水平方向根据动量守恒定律有m1v0m1v1m2v2，在做平抛运动的过程中由于时间是相等的，所以得tm1v0tm1v1tm2v2，即m1m1m2。可知，需要使用天平测量小球的质量，使用刻度尺测量小球在水平方向的位移；所以需要选择的器材有A、C、D。(2)在小球碰撞过程中，水平方向根据动量守恒定律有m1v0m1v1m2v2，在碰撞过程中动能守恒故有m1vm1vm2v，解得v1v0。要碰后入射小球的速度v10，即m1m20，故答案为大于。(3)

23、1球和2球相撞后，2球的速度增大，1球的速度减小，都做平抛运动，竖直高度相同，所以碰撞后2球的落地点是P点，所以被碰球2飞行的水平距离由图中线段表示。(4)N为碰前入射小球落点的位置，M为碰后入射小球的位置，P为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度为v1，碰撞后入射小球的速度为v2，碰撞后被碰小球的速度为v3，若m1v1m2v3m1v2则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代入数据得m1m1m2。答案(1)ACD(2)大于(3)(4)m1m25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(碰撞过程中没有机械能损失)，某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤

24、做实验。用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1m2。如图所示，安装好实验装置；将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端点的切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。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。将小球m2放在斜槽末端点B处，让小球m1从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。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。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的_点，m2

25、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_，则说明碰撞中动量是守恒的。(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。解析(1)不放小球m2时，小球m1的落点在E点；放上小球m2时，小球m1撞击小球m2后落在D点，小球m2落在F点。(2)若系统动量守恒，则应满足m1v1m1v1m2v2，由平抛运动规律得LEcosv1t1，LEsingt，整理得v1；同理可得v1，v2，解得m1m1m2。(3)若碰撞为弹性碰撞，则应满足m1vm1vm2v，结合上面的结论解得m1LEm1LDm2LF。答案(1)DF(2)m1m1m2(3)m1LEm1LDm2LF