2019屆江蘇專用高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十三章動(dòng)量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核實(shí)驗(yàn)十三驗(yàn)證動(dòng)量守恒定

實(shí)驗(yàn)十三驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第十三章

動(dòng)量守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核內(nèi)容索引過(guò)好雙基關(guān)命題點(diǎn)一

教材原型實(shí)驗(yàn)命題點(diǎn)二

實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新過(guò)好雙基關(guān)11.實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v′，算出碰撞前的動(dòng)量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動(dòng)量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動(dòng)量是否相等.2.實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、

、直尺、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)等.基本實(shí)驗(yàn)要求天平3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?(2)按照?qǐng)D甲安裝實(shí)驗(yàn)裝置.調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平.(3)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)不放被撞小球，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)畫盡量小的圓把小球所有的落點(diǎn)都圈在里面.圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端，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.如圖乙所示.(6)連接ON，測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度.將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中.最后代入

，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立.(7)整理好實(shí)驗(yàn)器材放回原處.(8)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動(dòng)量守恒.2.注意事項(xiàng)(1)斜槽末端的切線必須

；(2)入射小球每次都必須從斜槽

高度由

釋放；(3)選質(zhì)量較

的小球作為入射小球；(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.1.數(shù)據(jù)處理規(guī)律方法總結(jié)水平同一靜止大命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)2

如圖所示，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.【例1】(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，但可以通過(guò)僅測(cè)量________(填選項(xiàng)前的符號(hào))間接地解決這個(gè)問(wèn)題.A.小球開(kāi)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)的射程答案解析√(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m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測(cè)量平拋射程OP.然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，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______.(填選項(xiàng)前的符號(hào))A.用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B.測(cè)量小球m1開(kāi)始釋放高度hC.測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE.測(cè)量平拋射程OM、ON答案解析√√√由表達(dá)式知：在OP已知時(shí)，需測(cè)量m1、m2、OM和ON，故必要步驟有A、D、E.(3)若兩球相碰前后動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為_(kāi)_____________________(用(2)中測(cè)量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_(kāi)_________________________(用(2)中測(cè)量的量表示).若為彈性碰撞，則滿足動(dòng)量守恒的同時(shí)滿足動(dòng)能守恒，則m1·OP＝m1·OM＋m2·ON可得m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2答案解析m1·OP＝m1·OM＋m2·ONm1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2(4)經(jīng)測(cè)定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖3所示.碰撞前后m1的動(dòng)量分別為p1與p1′，則p1∶p1′＝______∶11；若碰撞結(jié)束時(shí)m2的動(dòng)量為p2′，則p1′∶p2′＝11∶______.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，碰撞前后總動(dòng)量的比值

＝________________.答案解析142.91(1～1.01均可)解析聯(lián)立可得p1∶p1′＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11，(5)有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大.請(qǐng)你用(4)中已知的數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程ON的最大值為_(kāi)_______cm.答案解析76.8其他條件不變，使ON最大，則m1、m2發(fā)生彈性碰撞，則其動(dòng)量和能量均守恒，可得題組階梯突破1.在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已有的實(shí)驗(yàn)器材有：斜槽軌道，大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)，重錘線一條，白紙，復(fù)寫紙，圓規(guī).實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)中小球運(yùn)動(dòng)軌跡及落點(diǎn)的情況簡(jiǎn)圖如圖所示.試根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求完成下列填空：(1)實(shí)驗(yàn)前，軌道的調(diào)節(jié)應(yīng)注意____________________________.答案解析槽的末端的切線是水平的由于要保證兩物體發(fā)生彈性碰撞后做平拋運(yùn)動(dòng)，即初速度沿水平方向，所以必需保證槽的末端的切線是水平的.由于實(shí)驗(yàn)要重復(fù)進(jìn)行多次以確定同一個(gè)彈性碰撞后兩小球的落點(diǎn)的確切位置，所以每次碰撞前入射球a的速度必須相同，根據(jù)mgh＝

可得v＝

所以每次必須讓a球從同一高處?kù)o止釋放滾下.(2)實(shí)驗(yàn)中重復(fù)多次讓a球從斜槽上釋放，應(yīng)特別注意：_________________________________.答案解析讓a球從同一高處?kù)o止釋放滾下(3)實(shí)驗(yàn)中還缺少的測(cè)量器材有_________________.答案解析天平、刻度尺要驗(yàn)證mav0＝mav1＋mbvb，由于碰撞前后入射球和靶球從同一高度同時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)h＝

可得兩球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，故可驗(yàn)證mav0t＝mav1t＋mbvbt，而v0t＝OP，v1t＝OM，v2t＝ON，故只需驗(yàn)證ma·OP＝ma·OM＋mb·ON，所以要測(cè)量a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb，故需要天平；要測(cè)量?jī)晌矬w平拋時(shí)水平方向的位移即線段OP、OM和ON的長(zhǎng)度，故需要刻度尺.(4)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量是_____________________________________________________.答案解析a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb，線段OP、OM和ON的長(zhǎng)度由(3)的解析可知實(shí)驗(yàn)中需測(cè)量的物理量是a球的質(zhì)量ma和b球的質(zhì)量mb，線段OP、OM和ON的長(zhǎng)度.(5)若該碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，則一定有關(guān)系式______________________成立.答案解析ma·OP＝ma·OM＋mb·ON由(3)的解析可知若該碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，則一定有關(guān)系式：ma·OP＝ma·OM＋mb·ON.命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新3

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(guò)光電門的時(shí)間.【例2】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.答案解析見(jiàn)解析按定義，滑塊運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小v為式中Δs為滑塊在很短時(shí)間Δt內(nèi)走過(guò)的路程設(shè)紙帶上打出相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為ΔtA，則ΔtA可視為很短.設(shè)滑塊A在碰撞前、后瞬時(shí)速度大小分別為v0、v1.將②式和圖給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入①式可得v0＝2.00m/s

③v1＝0.970m/s

④設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為v2，由①式有代入題給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得v2≈2.86m/s

⑥設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的動(dòng)量分別為p和p′，則p＝m1v0 ⑦p′＝m1v1＋m2v2

⑧兩滑塊在碰撞前、后總動(dòng)量相對(duì)誤差的絕對(duì)值為聯(lián)立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得δp≈1.7%<5%因此，本實(shí)驗(yàn)在允許的誤差范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律.2.把兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不等的金屬球用細(xì)線連接起來(lái)，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，置于摩擦可以忽略不計(jì)的水平桌面上，如圖所示，現(xiàn)燒斷細(xì)線，觀察兩球的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行必要的測(cè)量，探究物體間發(fā)生相互作用時(shí)的不變量.測(cè)量過(guò)程中：題組階梯突破(1)還必須添加的器材有_____________________________________________________________.答案解析刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板、天平兩球彈開(kāi)后，分別以不同的速度離開(kāi)桌面做平拋運(yùn)動(dòng)，兩球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等，均為t＝(h為桌面離地的高度).根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由兩球落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距離x＝vt，知兩球水平速度之比等于它們的射程之比.即v1∶v2＝x1∶x2；所以本實(shí)驗(yàn)中只需測(cè)量x1、x2即可，測(cè)量x1、x2時(shí)需準(zhǔn)確記下兩球落地點(diǎn)位置，故需要刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板等.若要探究m1x1＝m2x2或者

是否成立，還需用天平測(cè)量?jī)汕蛸|(zhì)量m1、m2.(2)需直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是_____________________________________.(3)需要驗(yàn)算的表達(dá)式如何表示？______________.答案兩物體的質(zhì)量m1、m2，水平射程x1、x2m1x1＝m2x23.如圖是用來(lái)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)下方桌子的邊緣有一豎直立柱.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右端接觸且兩球等高.將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時(shí)把球2放在立柱上.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：(1)還需要測(cè)量的量是__________________________、___________和________________________.彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2

立柱高h(yuǎn)桌面離水平地面的高度H答案解析要驗(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，故只要再測(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)和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化.(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_(kāi)_______________________________.(忽略小球的大小)答案解析根據(jù)(1)的解析可以寫出動(dòng)量守恒的方程4.為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律(探究碰撞中的不變量)，某同學(xué)選取了兩個(gè)材質(zhì)相同、體積不等的立方體滑塊A和B，按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：步驟1：在A、B的相撞面分別裝上橡皮泥，以便二者相撞以后能夠立刻結(jié)為整體；步驟2：安裝好實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，鋁質(zhì)軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長(zhǎng)直水平槽.傾斜槽和水平槽由一小段圓弧連接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側(cè)面與軌道等高且適當(dāng)遠(yuǎn)處裝一臺(tái)數(shù)碼頻閃照相機(jī)；步驟3：讓滑塊B靜置于水平槽的某處，滑塊A從斜槽某處由靜止釋放，同時(shí)開(kāi)始頻閃拍攝，直到A、B停止運(yùn)動(dòng)，得到一幅多次曝光的數(shù)碼照片；步驟4