【同步學(xué)練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：第1章4.實驗：驗證動量守恒定律學(xué)案(學(xué)生版)

4．實驗：驗證動量守恒定律1．明確驗證動量守恒定律的基本思路。2．驗證一維碰撞中的動量守恒。3．知道實驗數(shù)據(jù)的處理方法。類型一實驗原理與操作【典例1】(2022·山西長治第二中學(xué)期末)某同學(xué)用如圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律，圖中CQ是斜槽，QR為水平槽，二者平滑相接，實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面上的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡。然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從原位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡。重復(fù)這種操作10次。圖中O點是水平槽末端口在記錄紙上的垂直投影點，P點為未放被碰球B時A球的平均落點，M為與B球碰后A球的平均落點，N為被碰球B的平均落點。若B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零刻度線與O點對齊。(1)A球的質(zhì)量mA和被碰球B的質(zhì)量mB的關(guān)系是mA________mB。(選填“>”“<”或“＝”)(2)碰撞后B球的水平射程L0約為________cm。(3)下列選項中，本次實驗必須測量的物理量是________。(填選項前的字母)A．水平槽上未放B球時，A球平均落點位置到O點的距離L1B．A球與B球碰撞后，A球平均落點位置到O點的距離L2C．A球或B球的直徑DD．A球和B球的質(zhì)量mA、mBE．G點相對于水平槽面的高度H(4)需驗證的關(guān)系式為___________________________________________。(用題中給出的字母表示)[聽課記錄]類型二數(shù)據(jù)處理與誤差分析【典例2】(2022·山東威海高二期中)某同學(xué)用如圖所示的裝置來“驗證動量守恒定律”，在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧，滑塊b的右端有粘性強(qiáng)的物質(zhì)。圖中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量m1＝0.310kg，滑塊b的質(zhì)量m2＝0.108kg，實驗步驟如下：①打開氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的擋光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間________時，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平；②將滑塊b置于兩光電門之間，將滑塊a置于光電門1的右端，然后推動滑塊a水平壓縮彈簧，撤去外力后，滑塊a在彈簧彈力的作用下向左彈射出去，通過光電門1后繼續(xù)向左滑動并與滑塊b發(fā)生碰撞；③兩滑塊碰撞后粘合在一起向左運(yùn)動，并通過光電門2；④實驗中，分別記錄下滑塊a的擋光片通過光電門1的時間t1，兩滑塊一起運(yùn)動時擋光片通過光電門2的時間t2。(1)完成實驗步驟①中所缺少的內(nèi)容________。(2)設(shè)擋光片通過光電門的時間為Δt，則滑塊通過光電門的速度為v＝________(用d、Δt表示)。(3)實驗前測得擋光片的寬度d＝1.00cm，實驗中測得滑塊a經(jīng)過光電門1時的速度v1＝2.00m/s，兩滑塊經(jīng)過光電門2的時間t2＝6.85ms，將兩滑塊和擋光片看成一個系統(tǒng)，則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動量分別為p1＝________kg·m/s，p2＝________kg·m/s(結(jié)果均保留三位小數(shù))。本實驗的相對誤差p1[聽課記錄]類型三創(chuàng)新實驗設(shè)計【典例3】(2022·廣西百色期末)如圖所示，某同學(xué)利用光電門、斜面、彈簧、滑塊和小球等裝置設(shè)計了一個實驗用來驗證動量守恒定律。主要操作步驟為：①將光電門固定在光滑水平桌面上；②用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；③從桌面邊緣搭建斜面，斜面頂端與桌面等高，在斜面上鋪白紙，白紙上面放上復(fù)寫紙；④在a和b間鎖定一個壓縮的輕彈簧，將系統(tǒng)靜止放置在平臺上；⑤解除鎖定，a、b瞬間被彈開，記錄a通過光電門時擋光片的遮光時間t；⑥記錄b落在斜面上的點M，用刻度尺測出其到桌面邊緣O的距離為s0。已知擋光片寬度為d，重力加速度為g，請回答下列問題：(1)滑塊a經(jīng)過光電門時的瞬時速度v＝________(用題給字母表示)；(2)若測得斜面的傾角為θ，則小球b做平拋運(yùn)動的初速度v0＝____________(用題給字母表示)；(3)若a、b在解除鎖定過程中動量守恒，需滿足的關(guān)系式是_____________________________________________________(用題給字母表示)。[聽課記錄]1．(2022·山東濟(jì)寧高二期中改編)現(xiàn)利用如圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律。在圖甲中，小車A的前端粘有橡皮泥，后端連著紙帶，啟動打點計時器，給小車A一初速度，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)運(yùn)動。實驗測得小車A(含橡皮泥)的質(zhì)量m1＝0.81kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.84kg，打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0Hz。碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示(單位：cm)。(1)關(guān)于實驗過程中的注意事項，下列說法正確的是________。A．長木板下墊著的薄木片用來平衡摩擦力B．小車A和小車B的車輪應(yīng)該由同種材料制成C．應(yīng)選用質(zhì)量差不多大的兩個小車(2)碰前兩小車的總動量為________kg·m/s，碰后兩小車的總動量為________kg·m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)2．(2022·江蘇揚(yáng)州江都大橋高級中學(xué)月考)利用“類牛頓擺”驗證動量守恒定律。實驗器材：兩個半徑相同的球1和球2，細(xì)線若干，坐標(biāo)紙，刻度尺。實驗步驟：(1)測量小球1、2的質(zhì)量分別為m1、m2，將小球各用兩細(xì)線懸掛于水平支架上，兩小球位于同一水平面內(nèi)，如圖甲所示。(2)將坐標(biāo)紙豎直固定在水平支架上，使坐標(biāo)紙與小球運(yùn)動平面平行且盡量靠近。坐標(biāo)紙每一小格均是邊長為d的正方形。將小球1拉至某一位置A，由靜止釋放，垂直坐標(biāo)紙方向用手機(jī)高速連拍。(3)分析連拍照片得出，球1從A點由靜止釋放，在最低點與球2發(fā)生水平方向的正碰，球1反彈后到達(dá)最高位置為B，球2向左擺動的最高位置為C，如圖乙所示。已知重力加速度為g，碰前球1的動量大小為________，若滿足關(guān)系式________________________，則驗證碰撞中動量守恒；(4)與用一根細(xì)線懸掛小球相比，本實驗采用雙線擺的優(yōu)點是________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(1)如圖甲所示，在水平槽末端與水平地面間放置了一個斜面，斜面的底端與O點重合。剛開始不放小球B，使小球A從斜槽上C點由靜止?jié)L下，然后在水平槽末端放上小球B，使小球A仍從C點由靜止?jié)L下，得到兩次球在斜面上的平均落點M′、P′、N′。用刻度尺測得斜面底端到M′、P′、N′三點的距離分別為L′OM、L′OP、L′ON，測量出斜面的傾角為θ，用天平測量出兩個小球的質(zhì)量分別為m1、m2。則僅利用以上數(shù)據(jù)能不能驗證兩球碰撞過程中總動量守恒？若能，請用所測物理量寫出驗證表達(dá)式；若不能，請說明理由。(2)實驗小組成員小紅對(1)中裝置進(jìn)行了改造，改造后的裝置如圖乙所示。使小球A仍從斜槽上C點由靜止?jié)L下，得到兩次小球落在以斜槽末端為圓心的14圓弧擋板上的平均落點M′、P′、N′。測得軌道末端與M′、P′、N′三點的連線與水平方向的夾角分別為α1、α2、α3(用所測物理量的符號表示)。4．某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實驗。在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門，水平平臺上A點右側(cè)摩擦很小可忽略不計，左側(cè)為粗糙水平面，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間，采用的實驗步驟如下：①在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；②用天平分別稱出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；③a和b間用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，靜止放置在平臺上；④細(xì)線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運(yùn)動；⑤記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；⑥滑塊a最終停在C點(圖中未畫出)，用刻度尺測出A、C之間的距離sa；⑦小球b從平臺