高考物理總復(fù)習(xí)第六章碰撞與動量守恒實驗七驗證動量守恒定律材料

試驗七驗證動量守恒定律1/33方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞試驗(如圖1所表示)圖12/331.測質(zhì)量：用

測出滑塊質(zhì)量。2.安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。3.試驗：接通電源，利用配套光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前、后

(①改變滑塊質(zhì)量。②改變滑塊初速度大小和方向)。4.驗證：一維碰撞中動量守恒。天平速度3/33方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞試驗(如圖2所表示)圖24/331.測質(zhì)量：用天平測出兩小球質(zhì)量m1、m2。2.安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來。3.試驗：一個小球

，拉起另一個小球，放下后它們

。4.測速度：能夠測量小球被拉起角度，從而算出碰撞前對應(yīng)小球速度，測量碰撞后小球擺起角度，算出碰撞后對應(yīng)小球

。5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)試驗。6.驗證：一維碰撞中動量守恒。靜止相碰速度5/33方案三：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞試驗(如圖3所表示)圖36/331.測質(zhì)量：用天平測出兩小車

。2.安裝：將打點計時器固定在光滑長木板一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后面，在兩小車碰撞端分別裝上

和橡皮泥。3.試驗：接通

，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成整體運動。4.測速度：經(jīng)過紙帶上兩計數(shù)點間

及時間由v＝

算出速度。5.改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)試驗。6.驗證：一維碰撞中動量守恒。質(zhì)量撞針電源距離7/33方案四：利用斜槽上滾下小球驗證動量守恒定律(如圖4所表示)圖48/331.測質(zhì)量：用天平測出兩小球質(zhì)量，并選定質(zhì)量大小球為入射小球。2.安裝：按照圖4所表示安裝試驗裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。3.鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指位置O。4.放球找點：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)畫盡可能小圓把全部小球落點圈在里面。圓心P就是小球落點平均位置。9/335.碰撞找點：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)試驗10次。用步驟4方法，標(biāo)出碰后入射小球落點平均位置M和被撞小球落點平均位置N。如圖5所表示。6.驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中，最終代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許范圍內(nèi)是否成立。圖510/33

誤差分析 (1)系統(tǒng)誤差：主要起源于裝置本身是否符合要求。

①碰撞是否為一維碰撞。

②試驗是否滿足動量守恒條件，如氣墊導(dǎo)軌是否水平等。 (2)偶然誤差：主要起源于質(zhì)量m和速度v測量。11/33

注意事項 (1)碰撞兩物體應(yīng)確?！八健焙汀罢觥?。 (2)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行試驗，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。 (3)若利用擺球進(jìn)行試驗，兩小球靜放時球心應(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)在同一豎直平面內(nèi)。 (4)若利用長木板進(jìn)行試驗，可在長木板下墊一個小木片以平衡摩擦力。 (5)若利用斜槽進(jìn)行試驗，入射球質(zhì)量m1要大于被碰球質(zhì)量m2，即m1>m2，預(yù)防碰后m1被反彈，且兩球半徑r1＝r2＝r。12/33熱點一教材原型試驗【例1】某同學(xué)用如圖6甲所表示裝置來驗證動量守恒定律，試驗時先讓小球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上統(tǒng)計紙上留下痕跡，重復(fù)10次；然后再把小球b靜置在斜槽軌道末端，讓小球a仍從原固定點由靜止開始滾下，和小球b相碰后，兩球分別落在統(tǒng)計紙不一樣位置處，重復(fù)10次?；卮鹨韵聠栴}：圖613/3314/33答案(1)保持水平(2)>＝(3)A

C(4)B解析(1)小球離開軌道后應(yīng)做平拋運動，所以在安裝試驗器材時斜槽末端必須保持水平，才能使小球做平拋運動。(2)為預(yù)防在碰撞過程中入射小球被反彈，入射小球a質(zhì)量ma應(yīng)該大于被碰小球b質(zhì)量mb。為確保兩個小球碰撞是對心碰撞，兩個小球半徑應(yīng)相等。(3)由題圖甲所表示裝置可知，小球a和小球b相碰后，依據(jù)動量守恒和能量守恒可知小球b速度大于小球a速度。由此可判斷碰后小球a、b落點位置分別為A、C點。15/33【變式訓(xùn)練1】某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器“探究碰撞中不變量”試驗，在小車A前端粘有橡皮泥，設(shè)法使小車A做勻速直線運動，然后與原來靜止小車B相碰并黏在一起繼續(xù)做勻速運動，如圖7所表示。在小車A后面連著紙帶，電磁打點計時器頻率為50Hz。圖716/33(1)若已得到打點紙帶如圖8所表示，并測得各計數(shù)點間距離。則應(yīng)選圖中________段來計算A碰前速度，應(yīng)選________段來計算A和B碰后速度。(2)已測得小車A質(zhì)量mA＝0.40kg，小車B質(zhì)量mB＝0.20kg，則由以上結(jié)果可得碰前mAvA＋mBvB＝________kg·m/s，碰后mAvA′＋mBvB′＝________kg·m/s。(3)從試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果來看，A、B碰撞過程中，可能哪個物理量是不變？_____________________________________________________________________。圖817/33解析(1)因為小車A與B碰撞前、后都做勻速運動，且碰后A與B黏在一起，其共同速度比A原來速度小。所以，應(yīng)選點跡分布均勻且點距較大BC段計算A碰前速度，選點跡分布均勻且點距較小DE段計算A和B碰后速度。(2)由題圖可知，碰前A速度和碰后A、B共同速度分別為：故碰撞前：mAvA＋mBvB＝0.40×1.05kg·m/s＋0.20×0kg·m/s＝0.420kg·m/s。碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝(mA＋mB)vA′＝(0.40＋0.20)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s。(3)數(shù)據(jù)處理表明，mAvA＋mBvB≈mAvA′＋mBvB′，即在試驗誤差允許范圍內(nèi)，A、B碰撞前后總物理量mv是不變。答案

(1)BC

DE

(2)0.420

0.417

(3)mv18/33【例2】如圖9是用來驗證動量守恒試驗裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點，O點下方桌子邊緣有一豎直立柱。試驗時，調(diào)整懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點，球2落到水平地面上C點。測出相關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒?，F(xiàn)已測出A點離水平桌面距離為a、B點離水平桌面距離為b，C點與桌子邊緣間水平距離為c。此處，(1)還需要測量量是________、________和________。(2)依據(jù)測量數(shù)據(jù)，該試驗中動量守恒表示式為________________。(忽略小球大小)圖919/33解析(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后動量改變，依據(jù)彈性球1碰撞前后高度a和b，由機(jī)械能守恒能夠求出碰撞前后速度，故只要再測量彈性球1質(zhì)量m1，就能求出彈性球1動量改變；依據(jù)平拋運動規(guī)律只要測出立柱高h(yuǎn)和桌面高H就能夠求出彈性球2碰撞前后速度改變，故只要測量彈性球2質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面高H就能求出彈性球2動量改變。(2)依據(jù)(1)解析能夠?qū)懗鰟恿渴睾惴匠?0/33【變式訓(xùn)練2】某同學(xué)利用電火花計時器和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律試驗。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖10(a)所表示，所用氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不停通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這么就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間摩擦而引發(fā)誤差。圖1021/33(1)下面是試驗主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌調(diào)整旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③把電火花計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1左端，調(diào)整打點計時器高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶一直在水平方向；④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌中間；⑥先________，然后________，讓滑塊帶動紙帶一起運動；⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出理想紙帶如圖(b)所表示；22/33⑧測得滑塊1質(zhì)量為310g，滑塊2(包含橡皮泥)質(zhì)量為205g。完善試驗步驟⑥內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)總動量為________kg·m/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)總動量為________kg·m/s。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(3)試說明(2)中兩結(jié)果不完全相等主要原因是__________________________________________________________________________________________________。23/33解析(1)使用打點計時器時，先接通電源后釋放紙帶，所以先接通打點計時器電源，后釋放滑塊1。(3)結(jié)果不完全相等是因為紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦力作用。答案(1)接通打點計時器電源釋放滑塊1(2)0.620

0.618

(3)紙帶和打點計時器限位孔之間有摩擦力作用24/33A.懸掛兩球線長度要適當(dāng)，且等長B.由靜止釋放小球方便較準(zhǔn)確地計算小球碰前速度C.兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同D.兩小球碰后能夠粘合在一起共同運動1.(多項選擇)如圖11在利用懸線懸掛等大小球進(jìn)行驗證動量守恒定律試驗中，以下說法正確是(

)圖1125/33答案ABD26/332.(·湖南三湘大聯(lián)考)氣墊導(dǎo)軌是慣用一個試驗儀器。它是利用氣泵使帶孔導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在水平導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上運動可視為沒有摩擦。我們能夠用帶豎直擋板C和D氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律，試驗裝置如圖12所表示(彈簧長度忽略不計)，試驗步驟以下：圖1227/33a.用天平分別測出滑塊A、B質(zhì)量mA、mB。b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌處于水平狀態(tài)。c.在A和B之間放入一個被壓縮輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上。d.用刻度尺測出A左端到C距離L1。e.按下電鈕，放開卡銷，同時使分別統(tǒng)計滑塊A、B運動時間計時器開始工作。當(dāng)滑塊A、B分別碰撞擋板C、D時停頓計時，記下滑塊A抵達(dá)擋板C和滑塊B抵達(dá)擋板D運動時間t1和t2。28/33(1)試驗中還應(yīng)測量物理量是________________。(2)利用上述測量試驗數(shù)據(jù)，可得出驗證動量守恒定律表示式是________________。(3)上式中算得滑塊A、B動量大小并不完全相等，產(chǎn)生誤差原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________。(最少寫出兩點)29/33(3)產(chǎn)生誤差原因可能是測量mA、mB、L1、L2、t1、t2時帶來誤差；氣墊導(dǎo)軌不水平；滑塊與氣墊導(dǎo)軌間有摩擦。30/333.某同學(xué)用如圖13所表示裝置經(jīng)過半徑相同A、B兩球碰撞來探究碰撞過程中不變量，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽，試驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面統(tǒng)計紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作10次，得到10個落點痕跡。再把B球放在水平槽上靠近槽末端地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在統(tǒng)計紙上留下各自落點痕跡。重復(fù)這種操作10次。圖中O點是水平槽末端R在統(tǒng)計紙上垂直投影點。圖1331/33(1)