2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)增分專題7驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律高考解讀GAOKAOJIEDU考名腰求考情分析命題趨勢(shì)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律2014全國(guó)卷n,35(2)高考對(duì)本部分知識(shí)的考查主要以計(jì)算題的形式出現(xiàn).高考試題往往結(jié)合碰撞等實(shí)際過程綜合考查實(shí)驗(yàn)原理和誤差分析.學(xué)習(xí)中要深刻理解驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的原理和方法.知識(shí)梳理夯實(shí)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒.二、實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出相碰的兩物體的質(zhì)量m和m及碰撞前、后物體的速度vi、V2及v1、v2,找出碰撞前的動(dòng)量p=mvi+mv2及碰撞后的動(dòng)量p=mvi+mv2,看碰撞前、后動(dòng)量是否守恒.三、實(shí)驗(yàn)器材方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè)

2、)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥.方案二：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥.方案三：利用等大小球做平拋運(yùn)動(dòng)完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個(gè)、重錘線一條、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板.四、實(shí)驗(yàn)步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量.(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌，如圖所示.年仆。/(3)實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的初速度大小和方向).(4)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒.方案二：在

3、光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車的質(zhì)量.(2)安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，如圖所示.(3)實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓小車A運(yùn)動(dòng)，小車B靜止，兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng).Ax(4)測(cè)速度：通過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由丫=原算出速度.(5)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn).(7)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒.方案三：利用等大小球做平拋運(yùn)動(dòng)完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)先用天平測(cè)出小球質(zhì)量mi、m2.(2)按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)切線水

4、平，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置使兩小球碰時(shí)處于同一水平高度，且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行，以確保正碰后的速度方向水平.OWP(3)在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復(fù)寫紙.(4)在白紙上記下重錘線所指的位置Q它表示入射球m碰前的位置.(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點(diǎn)的平衡位置P.(6)把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它發(fā)生正碰，重復(fù)10次，仿上一步驟求出入射小球落地點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落地點(diǎn)的平均位置N(7)過O和N在紙上作一直線.(8)用刻

5、度尺量出線段OIMOPON的長(zhǎng)度.五、數(shù)據(jù)處理Ax方案一：滑塊速度白測(cè)量：v=V，式中Ax為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測(cè)量)，At為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時(shí)間.AX.方案二：小車速度的測(cè)量：丫=矢，式中Ax是紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，可用刻度尺測(cè)量，At為小車經(jīng)過Ax的時(shí)間，可由打點(diǎn)間隔算出.方案三：把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的數(shù)值代入mi-O2mOIM-m2ON看是否成立.六、注意事項(xiàng)1 .前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”.2 .方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平.(2)若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)

6、球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi).(3)若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)木板下墊一小木片用以平衡摩擦力.(4)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.3.探究結(jié)論尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變.七、誤差分析1 .系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求：(1)碰撞是否為一維碰撞.(2)實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件.如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩擺球是否等大，長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)是否平衡掉摩擦力.2 .偶然誤差主要來(lái)源于質(zhì)量

7、m和速度v的測(cè)量.核心考點(diǎn)分層突破考點(diǎn)1數(shù)據(jù)處理例1某同學(xué)用如圖甲所示的氣墊導(dǎo)軌來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)用頻閃照相機(jī)閃光4次拍得照片如圖乙所示.已知閃光時(shí)間間隔At=0.02s,不計(jì)閃光本身持續(xù)時(shí)間，已知在這4次閃光的時(shí)間內(nèi)滑塊A、B均在080cm范圍內(nèi)，第一次閃光時(shí)，A恰好過x=55cm處，B恰好過x=70cm處，則由圖可知：(1)兩滑塊在x=_60_cm處相碰;nARB(2)兩滑塊在第一次閃光后t=_0.01_s時(shí)發(fā)生碰撞;(3)若碰撞過程中滿足動(dòng)量守恒，則A、B兩滑塊的質(zhì)量比為解析(1)因在4次閃光照相中B只有兩個(gè)位置，所以碰撞一定發(fā)生在x=60cm處.(2)由于在4次閃光照相中B只有

8、兩個(gè)位置，AB相碰后B靜止，碰后A在At時(shí)間內(nèi)發(fā)生位移為20cm,所以碰后A由60cm處滑至50cm處所用的時(shí)間為考=0.01s,故第兩者相碰.，、一，At一次閃光后經(jīng)t=-=0.01s(3)設(shè)碰撞前后A的速度大小分別為Va、va,碰撞前B的速度大小為Vb,由圖可得va=Vb=2Va,若滿足動(dòng)量守恒，所以有mBVB-mvA=rnvza,解得二=2.mB3考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)原理例2(2017河南鄭州質(zhì)檢)如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系.O1Mp內(nèi)(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的.但是，可以通過僅測(cè)量_C_(填選項(xiàng)前白符號(hào))，間

9、接地解決這個(gè)問題.A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC.小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影，實(shí)驗(yàn)時(shí)先讓入射球m多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測(cè)出平拋射程OR然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù).接下來(lái)要完成的必要步驟是ADEm)B.測(cè)量小球m開始釋放高度hC.測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HD.分別找到m、m相碰后平均落地點(diǎn)的位置MNE.測(cè)量平拋射程OMON(3)若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為m0吐mON=mOP用(2)中測(cè)量的量表示;若碰撞是彈性碰撞，

10、那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_mOM+m2ON=mOP_用(2)中測(cè)量的量表示.解析(1)因在4次閃光照相中B只有兩個(gè)位置，所以碰撞一定發(fā)生在x=60cm處.(2)由于在4次閃光照相中B只有兩個(gè)位置，A、B相碰后B靜止，碰后A在At時(shí)間內(nèi)一,At-發(fā)生位移為20cm,所以碰后A由60cm處滑至50cm處所用的時(shí)間為-2-=0.01s,故第，、一，At,、,一次閃光后經(jīng)t=-2-=0.01s兩者相碰.(3)設(shè)碰撞前后A的速度大小分別為va、va,碰撞前B的速度大小為vb,由圖可得va.一.一、.一一.一mA2=vb=2va,右滿足動(dòng)重寸恒，所以有mvBmAvA=mAva,解得一=不mB3考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

11、與創(chuàng)新例3(2018山東濟(jì)南質(zhì)檢)為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量相差比較大的小球，按下述步驟做了如下實(shí)驗(yàn)：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量(分別為m和m2,且mm2)；按圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)器材，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端；先不放小球m2,讓小球m從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置；將小球m放在斜槽末端邊緣處，讓小球m從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球m和m在斜面上的落點(diǎn)位置；用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離.圖中DE、F點(diǎn)是該同學(xué)記下小球在斜面

12、上的落點(diǎn)位置，各點(diǎn)到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)aLe、Lf.根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：(1)在不放小球m2時(shí)，小球m從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，m的落點(diǎn)在圖中的E點(diǎn)，把小球m2放在斜槽末端邊緣處，小球m從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球m的落點(diǎn)在圖中的D點(diǎn).(2)若碰撞過程中，動(dòng)量和機(jī)械能均守恒，不計(jì)空氣阻力，下列表達(dá)式中正確的是(AC)A. mLe=mLd+m2LfB. mLE=mLD+mLFC. mLE=mLD+mFD. Le=Lf-Ld解析(1)不放小球m時(shí)，m的落點(diǎn)是E點(diǎn)，放上m2時(shí)，小球m和小球m相撞后，小球 m的速度減小，所以碰撞后m球的落點(diǎn)是D點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是

13、F點(diǎn).(2)不碰撞時(shí)，小球m在在題圖中的E點(diǎn)，設(shè)其水平初速度為 v,12傾角為0 ,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有 LESin 0 =2gt , Lecos 0 = vt ,斛得球m和m2發(fā)生碰撞后，m的落點(diǎn)在題圖中的D點(diǎn)，設(shè)其水平初速度為設(shè)斜面BC與水平面的/gLEcos2 0.v= 2sin 0 ,小vi , m的落點(diǎn)是題圖10中的F點(diǎn)，設(shè)其水平初速度為V2,同理解得vi=A/gLDC0S-r-,V2=gLFCoS,只要滿V2sin02sin0足mv=mvi+mv2,即m、JTE=m，LD+m，TF,則說明兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒；若兩小球的111碰撞是彈性碰撞，由機(jī)械能寸恒te律有2mv=2mv2+2m

14、v2,即mLE=mLD+mLF.對(duì)應(yīng)演練遷移運(yùn)用1 .(多選)在利用氣墊導(dǎo)軌探究碰撞中的不變量實(shí)驗(yàn)中，哪些因素可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差(AB)A.導(dǎo)軌安放不水平B.小車上擋光板傾斜C.兩小車質(zhì)量不相等D.兩小車碰后連在一起解析實(shí)驗(yàn)要求小車碰撞前后均做勻速直線運(yùn)動(dòng)，才能準(zhǔn)確測(cè)量碰撞前后的速度，若導(dǎo)軌安放不水平，會(huì)引起誤差，選項(xiàng)A正確；小車的速度用擋光板的寬度與通過光電門的時(shí)間的比值來(lái)計(jì)算，若擋光板傾斜，則會(huì)引起擋光板寬度的誤差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選項(xiàng)B正確；實(shí)驗(yàn)過程需要改變小車質(zhì)量和考慮各種碰撞情況，包括碰后連在一起的情況，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤.2 .某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端

15、黏有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng).然后與原來(lái)靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng).他設(shè)計(jì)的具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板下墊著小木片以平衡摩擦力.A為運(yùn)動(dòng)起始的第(1)若已得到打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距標(biāo)在圖上,一點(diǎn)，則應(yīng)選_BC_段計(jì)算A的碰前速度，應(yīng)選_DE_段來(lái)計(jì)算A和B碰后的共同速度.(選填A(yù)BBCCD或DE”)(2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量m=0.40kg.小車B的質(zhì)量m=0.20kg,由以上測(cè)量結(jié)果可得：碰前總動(dòng)量為0.420kg-m/s,碰后總動(dòng)量為0.417kg-m/s.解析(1)取研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)情況比較穩(wěn)

16、定的一段計(jì)算其運(yùn)動(dòng)速度.j._j.2(2)碰撞前總動(dòng)量pi=mvA=0.40Xkg-m/s=0.420kg-m/s,碰后總動(dòng)量6=(ra+nB)v=(0.40+0.20)x-kg-m/s=0.417kg-m/s.3.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器，它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板的氣墊導(dǎo)軌和滑塊AB探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.(彈簧的長(zhǎng)度忽略不計(jì))采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.用天平分別測(cè)出滑塊AB的質(zhì)量mA、mB;b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平；c.在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧，用電動(dòng)卡銷鎖定，靜止

17、放置在氣墊導(dǎo)軌上；d.用刻度尺測(cè)出A的左端至擋板C的距離Li;e.按下電鈕放開卡銷，同時(shí)分別記錄滑塊AB運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)AB滑塊分別碰撞擋板CD時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記下AB分別到達(dá)CD的運(yùn)動(dòng)時(shí)間ti和t2.(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是B的右端至擋板D的距離L2.(2)作用前AB兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為0;作用后AB兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和為mL1mL2.(3)作用前、后A、B兩滑塊質(zhì)量與速度乘積之和并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因有_見解析.(至少答出兩點(diǎn))解析A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后，在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)可視為勻速運(yùn)動(dòng)，因此只要測(cè)出A與C的距離Li、B與D的距離12及八到CB

18、到D的時(shí)間ti和t2,測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量，就可以探究碰撞中的不變量.(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量為B的右端至擋板D的距離L2.(2)設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為VA=L1,VB=L2.碰前兩t1t2滑塊靜止，即v=0,質(zhì)量與速度乘積之和為零，碰后兩滑塊的質(zhì)量與速度乘積之和為L(zhǎng)imAVA+ mmvB= m mut.產(chǎn)生誤差的原因Li、匕、ti、t2、mA、mB的數(shù)據(jù)測(cè)量誤差；沒有考慮彈簧推動(dòng)滑塊的加速過程；滑塊并不是做標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力;氣墊導(dǎo)軌不完全水平.4.某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn).氣墊導(dǎo)軌裝置如圖所示.彈射架滑坡1

19、柑帙2彈胴架守-軌標(biāo)尺調(diào)行旋仙【（1）下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的彈簧；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源_,然后放開Vt塊1_,讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng).（滑塊1與滑塊2碰后會(huì)黏在一起）取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想紙帶如圖所示.，T青T1鼻16.8cmI*20-0測(cè)得滑塊1的質(zhì)量為m=310g,滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)

20、量為m=205g.請(qǐng)完善實(shí)驗(yàn)步驟.（2）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動(dòng)量為0.620kg-m/s,兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動(dòng)量為0.618kgm/s.（保留三位有效數(shù)字）（3）試說明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間有摩擦_.解析（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開滑塊；（2）作用前系統(tǒng)的總動(dòng)量為v,由紙帶可知v =滑塊1的動(dòng)量p0=mv0,由紙帶知V0=02m/s=2m/s,即pc=0.620kg-m/s;作用后系統(tǒng)的總動(dòng)量為兩滑塊的動(dòng)量和，且此時(shí)兩滑塊黏在一塊，有相同的速度0.168014m/s=1.2m/s,所以此時(shí)的動(dòng)重p=(m+n2)v=0.618kgm/s.5.現(xiàn)利用圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.在圖甲中，氣墊導(dǎo)軌上有AB兩個(gè)滑塊,滑塊A右側(cè)