實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)命題研析實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)落實(shí)基礎(chǔ)·提煉精髓●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)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:①斜槽末端的切線必須水平;②入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放;③選質(zhì)量較大的小球作為入射小球;④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.●誤差分析本實(shí)驗(yàn)誤差主要來源:(1)小球每次釋放位置存在差異.(2)小球離開軌道時(shí)的速度不水平.(3)M,N,P點(diǎn)位置確定存在誤差.

命題研析突破常規(guī)·注重創(chuàng)新命題點(diǎn)一常規(guī)實(shí)驗(yàn)【典例1】(2018·河南濮陽(yáng)一模)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,即研究?jī)蓚€(gè)小球在水平軌道上碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系.裝置圖中O點(diǎn)為小球拋出點(diǎn)在水平地面上的垂直投影,實(shí)驗(yàn)時(shí)先將入射小球m1,多次從斜軌道上的P位置由靜止釋放,找到其落地點(diǎn)的平均位置Q,測(cè)量水平射程OQ.接著將被碰小球置于水平軌道,再將入射小球m1從斜軌道上P位置由靜止釋放,與小球m2相碰,并重復(fù)多次,分別找到兩球相碰后落地點(diǎn)的平均位置.答案:(1)AD(2)實(shí)驗(yàn)中,在確定小球落地點(diǎn)的平均位置時(shí),通常采用的做法是

,其目的是減小實(shí)驗(yàn)中的

(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”).

解析:(2)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),該實(shí)驗(yàn)利用了多次實(shí)驗(yàn)取平均值的思想進(jìn)行的,在確定小球落點(diǎn)時(shí)注意采用的方法是用圓規(guī)畫一個(gè)盡可能小的圓把所有的落點(diǎn)圈在里面,圓心即平均位置,這樣可以減小實(shí)驗(yàn)過程中造成的偶然誤差.答案:(2)用圓規(guī)畫一個(gè)盡可能小的圓,把所有落點(diǎn)圈在里面,圓心即平均位置偶然誤差(3)若兩球相碰前后動(dòng)量守恒,其表達(dá)式為

;若碰撞是彈性碰撞,那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為

.(兩空均用所測(cè)量的量表示)題組訓(xùn)練1.如圖(甲)所示是氣墊導(dǎo)軌上的兩個(gè)滑塊的照片,導(dǎo)軌中間是滑塊A,質(zhì)量mA=0.20kg,右邊是滑塊B,質(zhì)量mB=0.30kg.圖(乙)是滑塊B向左運(yùn)動(dòng)中與滑塊A碰后合為一體的照片,頻閃照片的頻率f=10Hz.答案:(1)0.048

0.050(1)根據(jù)照片提供的信息,碰前的動(dòng)量為

kg·m/s,碰后的動(dòng)量為

kg·m/s.

(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:

.答案:(2)在誤差允許的范圍內(nèi),碰撞前后動(dòng)量相等解析:(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),碰撞前后動(dòng)量相等,在碰撞過程中動(dòng)量守恒.2.(2019·湖南長(zhǎng)沙模擬)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng).他設(shè)計(jì)的裝置如圖(甲)所示.小車A后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板下墊著薄木片以平衡摩擦力.解析:(1)從分析紙帶上打點(diǎn)的情況看,BC段既表示小車做勻速運(yùn)動(dòng),又表示小車有較大速度,因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運(yùn)動(dòng)情況,應(yīng)選用BC段計(jì)算小車A碰前的速度.從CD段打點(diǎn)的情況看,小車的運(yùn)動(dòng)情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定,故應(yīng)選用DE段計(jì)算A和B碰后的共同速度.答案:(1)BC

DE

(1)若已測(cè)得打點(diǎn)紙帶如圖(乙)所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上).A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),則應(yīng)選

段來計(jì)算A碰前的速度.應(yīng)選

段來計(jì)算A和B碰后的共同速度.(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

答案:(2)0.420

0.417(2)已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1=0.4kg,小車B的質(zhì)量為m2=0.2kg,則碰前兩小車的總動(dòng)量為

kg·m/s,碰后兩小車的總動(dòng)量為

kg·m/s.

命題點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【典例2】(2014·全國(guó)Ⅱ卷,35)現(xiàn)利用圖(a)所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.在圖(a)中,氣墊導(dǎo)軌上有A,B兩個(gè)滑塊,滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片,左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連;滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片,上面固定一遮光片,光電計(jì)時(shí)器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時(shí)間.實(shí)驗(yàn)測(cè)得滑塊A的質(zhì)量m1=0.310kg,滑塊B的質(zhì)量m2=0.108kg,遮光片的寬度d=1.00cm;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率f=50.0Hz.將光電門固定在滑塊B的右側(cè),啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,給滑塊A一向右的初速度,使它與B相碰.碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為ΔtB=3.500ms,碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示.若實(shí)驗(yàn)允許的相對(duì)誤差絕對(duì)值(||×100%)最大為5%,本實(shí)驗(yàn)是否在誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律?寫出運(yùn)算過程.答案:見解析【典例3】(2019·廣東汕尾模擬)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C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,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:①用天平分別測(cè)出滑塊A,B的質(zhì)量mA,mB.②調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平.③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,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上.④用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離L1.⑤按下電鈕放開卡銷,同時(shí)使分別記錄滑塊A,B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作.當(dāng)A,B滑塊分別碰撞C,D擋板時(shí)停止計(jì)時(shí),記下A,B分別到達(dá)C,D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.答案:(1)B的右端至D板的距離L2(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量是

.解析:(1)驗(yàn)證動(dòng)量守恒,需要知道物體的運(yùn)動(dòng)速度,在已經(jīng)知道運(yùn)動(dòng)時(shí)間的前提下,需要測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移,即需要測(cè)量的量是B的右端至D板的距離L2.(2)利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是

,上式中算得的A,B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因是

.答案:(3)見解析

(3)利用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能否測(cè)出被壓縮彈簧的彈性勢(shì)能的大小?如能,請(qǐng)寫出表達(dá)式:

.1.(2019·河北石家莊模擬)如圖所示是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置.彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn),O點(diǎn)正下方桌子的邊沿有一豎直立柱.實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)節(jié)懸點(diǎn),使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2接觸且兩球等高.將球1拉到A點(diǎn),并使之靜止.釋放球1,當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞.碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn),球2落到水平地面上的C點(diǎn).測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1,2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒.現(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a,B點(diǎn)離水平桌面的距離為b,C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c.此外:題組訓(xùn)練(1)還需要測(cè)量的量是

、

和

.解析:(1)要驗(yàn)證動(dòng)量守恒必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化,根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故再測(cè)量彈性球1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動(dòng)量變化;根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化,因此測(cè)量出彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化.答案:(1)彈性球1,2的質(zhì)量m1,m2立柱高h(yuǎn)桌面高H

(2)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù),該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為

.(忽略小球的大小)2.(2019·河南洛陽(yáng)模擬)某小組用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,裝置固定在水平面上,圓弧形軌道下端切線水平,兩球半徑相同,兩球與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)相同.實(shí)驗(yàn)時(shí),先測(cè)出A,B兩球的質(zhì)量mA,mB,讓球A多次從圓弧形軌道上某一位置由靜止釋放,記下其在水平面上滑行距離的平均值x0,然后把球B靜置于軌道下端水平部分,并將球A從軌道上同一位置由靜止釋放,并與球B相碰,重復(fù)多次.(1)為確保實(shí)驗(yàn)中球A不反向運(yùn)動(dòng),則mA,mB應(yīng)滿足的關(guān)系是

.解析:(1)為防止兩球碰撞后入射球反彈,入射球(球A)的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球(球B)的質(zhì)量,即mA>mB.答案:(