2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第7章 實(shí)驗(yàn)8 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

第七章動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[36]實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧一、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)方案方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒[實(shí)驗(yàn)器材]氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、游標(biāo)卡尺等。[實(shí)驗(yàn)步驟]1．測(cè)質(zhì)量：用_______測(cè)出滑塊質(zhì)量。2．安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。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(①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小和方向)。天平[數(shù)據(jù)處理]1．滑塊速度的測(cè)量：v＝______，式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測(cè)量)，Δt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。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。方案二利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律[實(shí)驗(yàn)器材]斜槽、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等。[實(shí)驗(yàn)步驟]1．測(cè)質(zhì)量：用_______測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?．安裝：按照如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端_______。天平水平3．鋪紙：白紙?jiān)谙?，?fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置O。4．單球找點(diǎn)：不放被撞小球，每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心_____就是小球落點(diǎn)的平均位置。5．碰撞找點(diǎn)：把被撞小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次。用步驟4的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N，如圖所示。改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨龋貜?fù)實(shí)驗(yàn)。P[數(shù)據(jù)處理]1．小球水平射程的測(cè)量：連接ON，測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。[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．案例提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)確保導(dǎo)軌_______。(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證：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上___________由靜止釋放；③選質(zhì)量較_____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。水平同一位置大核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1教材原型實(shí)驗(yàn)(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律)用如圖所示裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。先安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙，記下重垂線所指的位置O。接下來的實(shí)驗(yàn)步驟如下：步驟1：不放小球2，讓小球1從斜槽上A點(diǎn)由靜止?jié)L下，并落在地面上。重復(fù)多次，用盡可能小的圓，把小球的所有落點(diǎn)圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均位置；步驟2：把小球2放在斜槽末端邊緣位置B，讓小球1從A點(diǎn)由靜止?jié)L下，使它們碰撞，重復(fù)多次，并使用與步驟1同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置；步驟3：用刻度尺分別測(cè)量三個(gè)落地點(diǎn)的平均位置M、P、N離O點(diǎn)的距離，即線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度。(1)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)操作，下列說法正確的是________；A．小球1每次必須在斜槽上相同的位置從靜止?jié)L下B．小球1可以在斜槽上不同的位置從靜止?jié)L下C．斜槽軌道末端必須水平D．斜槽軌道必須光滑AC(2)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，需_____；A．m1>m2，r1>r2B．m1>m2，r1＝r2C．m1<m2，r1>r2D．m1<m2，r1＝r2B(3)上述實(shí)驗(yàn)除需測(cè)量線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度外，還需要測(cè)量的物理量有_____；A．A、B兩點(diǎn)間的高度差h1B．B點(diǎn)離地面的高度h2C．小球1和小球2的質(zhì)量m1、m2D．小球1和小球2的半徑r1、r2(4)當(dāng)所測(cè)物理量滿足表達(dá)式_______________________________(用所測(cè)物理量的字母表示)時(shí)，即說明兩球碰撞遵守動(dòng)量守恒定律。Cm1·OP＝m1·OM＋m2·ON[解析]

(1)小球1每次自由滾下時(shí)，需保證高度不變，以保證小球1滾到斜槽末端時(shí)的速度不變，故A正確，B錯(cuò)誤；斜槽末端必須水平，以保證小球1碰撞前速度水平，并且保證小球1、2做平拋運(yùn)動(dòng)，故C正確；只要小球1從同一位置釋放即可，并不需要保證斜槽光滑，故D錯(cuò)誤。(2)在小球碰撞前后，由動(dòng)量守恒定律可得m1v0＝m1v1＋m2v2為了保證碰撞前后，小球1的速度方向不變，故需滿足m1>m2，且為了保證兩小球發(fā)生對(duì)心正碰，需滿足r1＝r2，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，可得m1v0＝m1v1＋m2v2解得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。由表達(dá)式可知，不必測(cè)量A、B兩點(diǎn)間的高度差和B離地面的高度，A、B錯(cuò)誤；驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律時(shí)，需要小球的質(zhì)量，C正確；小球的半徑保證一樣即可，無需測(cè)量?jī)尚∏虻陌霃剑珼錯(cuò)誤。(利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律)某同學(xué)欲采用氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)器等器材進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌和光電門，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②測(cè)得A和B兩滑塊上遮光片的寬度均為d；③得到A、B兩滑塊(包含遮光片)的質(zhì)量m1、m2；④向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；⑤利用氣墊導(dǎo)軌左右的彈射裝置，使滑塊A、B分別向右和向左運(yùn)動(dòng)，測(cè)出滑塊A、B在碰撞前經(jīng)過光電門過程中的擋光時(shí)間分別為Δt1和Δt2；⑥觀察發(fā)現(xiàn)滑塊A、B碰撞后通過粘膠粘合在一起，運(yùn)動(dòng)方向與滑塊B碰撞前運(yùn)動(dòng)方向相同，此后滑塊A再次經(jīng)過光電門時(shí)擋光時(shí)間為Δt。試解答下列問題：(1)碰撞前滑塊A的速度大小為______，碰撞前滑塊B的速度大小為______。(2)為了驗(yàn)證碰撞中動(dòng)量守恒，需要驗(yàn)證的關(guān)系式是_______________________(用題中物理量表示)。(3)有同學(xué)認(rèn)為利用此實(shí)驗(yàn)裝置還能計(jì)算碰撞過程中損失的機(jī)械能。請(qǐng)用上述實(shí)驗(yàn)過程測(cè)出的相關(guān)物理量，表示出A、B系統(tǒng)在碰撞過程中損失的機(jī)械能ΔE＝______________________。2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升(能力考點(diǎn)·深度研析)1．實(shí)驗(yàn)方案和器材的改進(jìn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律關(guān)鍵是碰前和碰后速度的測(cè)定，除了可以用光電門、平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度，還可以用動(dòng)能定理測(cè)物體在水平面上的速度，用機(jī)械能守恒定律測(cè)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的速度。2．實(shí)驗(yàn)方法的遷移應(yīng)用利用此方法可以驗(yàn)證碰撞過程中是否有動(dòng)能損失。?考向1實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

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。用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2，且m1>m2；直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通過測(cè)量相關(guān)量，來間接解決這個(gè)問題。下面是三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)情況：(1)實(shí)驗(yàn)小組甲的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在水平地面上的垂直投影，實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m1多次從斜軌上A位置靜止釋放；然后把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1，從斜軌上A位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復(fù)，分別找到小球的平均落點(diǎn)M1、P1、N1，并測(cè)量出平均水平位移OM1、OP1、ON1的長(zhǎng)度x1、x2、x3。(用上述步驟中測(cè)量的量表示)，若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為：_________________。m1x2＝m1x1＋m2x3(2)實(shí)驗(yàn)小組乙的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。在水平槽末端的右側(cè)放置一個(gè)豎直屏，豎直屏的O點(diǎn)與小球的球心等高。使小球1仍從斜槽上A點(diǎn)由靜止?jié)L下，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(1)的操作，得到兩球落在豎直屏上的平均落點(diǎn)M2、P2、N2，量出OM2、OP2、ON2的高度h1、h2、h3。(用上述步驟中測(cè)量的量表示)，則驗(yàn)證兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為：_______________。(3)實(shí)驗(yàn)小組丙的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。在水平槽末端與水平地面間放置了一個(gè)斜面，斜面的頂點(diǎn)與水平槽等高且無縫連接。使小球1仍從斜槽上A點(diǎn)由靜止?jié)L下，重復(fù)實(shí)驗(yàn)(1)的操作，得到兩球落在斜面上的平均落點(diǎn)M3、P3、N3，用刻度尺測(cè)量斜面頂點(diǎn)到M3、P3、N3三點(diǎn)的距離分別為l1、l2、l3。(用上述步驟中測(cè)量的量表示)則驗(yàn)證兩球碰撞過程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為____________________。[解析]

(1)設(shè)小球1碰撞前瞬時(shí)速度為v0，碰撞后瞬間小球1、小球2的速度分別為v1、v2。小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，由于小球拋出點(diǎn)的高度均相同，在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，水平位移x與其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度。無碰撞時(shí)小球1的平均落點(diǎn)為P1，碰撞后小球1、小球2的平均落點(diǎn)分別為M1、N1。若兩球碰撞過程動(dòng)量守恒，則有：m1v0＝m1v1＋m2v2，又有x2＝v0t，x1＝v1t，x3＝v2t，聯(lián)立整理得m1x2＝m1x1＋m2x3。若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為m1x2＝m1x1＋m2x3。(2)設(shè)小球在B點(diǎn)平拋初速度為v，水平位移為x，豎直位移為H，對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)有若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，需滿足m1v0′＝m1v1′＋m2v2′，(3)設(shè)斜面傾角為θ，平拋初速度為v，落點(diǎn)與拋出點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)?考向2實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)(2023·遼寧卷)某同學(xué)為了驗(yàn)證對(duì)心碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段。選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2)。將硬幣甲放置在斜面某一位置，標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲，當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí)，測(cè)量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側(cè)與O點(diǎn)重合，將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測(cè)量甲乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實(shí)驗(yàn)中，