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1、實驗七驗證動量守恒定律考綱要求考情分析命題趨勢驗證動量守恒定律2014全國卷，35(2)高考對本部分知識的考查主要以計算題的形式出現(xiàn)高考試題往往結合碰撞等實際過程綜合考查實驗原理和誤差分析學習中要深刻理解驗證動量守恒定律的原理和方法.知識梳理夯實基礎一、實驗目的驗證碰撞中的動量守恒二、實驗原理在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質量m1和m2及碰撞前、后物體的速度v1、v2及v1、v2，找出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前、后動量是否守恒三、實驗器材方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、
2、膠布、撞針、橡皮泥方案二：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥方案三：利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗斜槽、大小相等質量不同的小球兩個、重錘線一條、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板四、實驗步驟方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗(1)測質量：用天平測出滑塊質量(2)安裝：正確安裝好氣墊導軌，如圖所示(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質量；改變滑塊的初速度大小和方向)(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒方案二：在光滑桌面上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(1)測質量：用天平測出
3、兩小車的質量(2)安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，如圖所示(3)實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動(4)測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v算出速度(5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗(7)驗證：一維碰撞中的動量守恒方案三：利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗(1)先用天平測出小球質量m1、m2.(2)按如圖所示安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點切線水平，調節(jié)實驗裝置使兩小球碰時處于同一水平高度，且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球
4、心連線與軌道末端的切線平行，以確保正碰后的速度方向水平(3)在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復寫紙(4)在白紙上記下重錘線所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點的平衡位置P.(6)把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從同一高度滾下，使它發(fā)生正碰，重復10次，仿上一步驟求出入射小球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N.(7)過O和N在紙上作一直線(8)用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度五、數(shù)據(jù)處理方案一：滑塊速度的測量：v，式中x為滑塊
5、擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，t為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間方案二：小車速度的測量：v，式中x是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，t為小車經(jīng)過x的時間，可由打點間隔算出方案三：把兩小球的質量和相應的數(shù)值代入m1OPm1OMm2ON，看是否成立六、注意事項1前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”2方案提醒(1)若利用氣墊導軌進行實驗，調整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平(2)若利用擺球進行實驗，兩小球靜放時球心應在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小球拉起后，兩條擺線應在同一豎直面內(nèi)(3)若利用長木板進行實驗，可在長木板下墊一小木片用
6、以平衡摩擦力(4)若利用斜槽小球碰撞應注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質量較大的小球作為入射小球；實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變3探究結論尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變七、誤差分析1系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求：(1)碰撞是否為一維碰撞(2)實驗是否滿足動量守恒的條件如氣墊導軌是否水平，兩擺球是否等大，長木板實驗是否平衡掉摩擦力2偶然誤差主要來源于質量m和速度v的測量核心考點分層突破考點1數(shù)據(jù)處理例1某同學用如圖甲所示的氣墊導軌來驗證動量守恒定律，實驗時用頻閃照相機閃光4次拍得照片如圖乙所示已知閃光時間間隔
7、t0.02 s，不計閃光本身持續(xù)時間，已知在這4次閃光的時間內(nèi)滑塊A、B均在080 cm范圍內(nèi)，第一次閃光時，A恰好過x55 cm處，B恰好過x70 cm處，則由圖可知：(1)兩滑塊在x_60_cm處相碰；(2)兩滑塊在第一次閃光后t_0.01_s時發(fā)生碰撞；(3)若碰撞過程中滿足動量守恒，則A、B兩滑塊的質量比為_.解析(1)因在4次閃光照相中B只有兩個位置，所以碰撞一定發(fā)生在x60 cm處(2)由于在4次閃光照相中B只有兩個位置，A、B相碰后B靜止，碰后A在t時間內(nèi)發(fā)生位移為20 cm，所以碰后A由60 cm處滑至50 cm處所用的時間為0.01 s，故第一次閃光后經(jīng)t0.01 s兩者相碰
8、(3)設碰撞前后A的速度大小分別為vA、vA，碰撞前B的速度大小為vB，由圖可得vAvB2vA，若滿足動量守恒，所以有mBvBmAvAmAvA，解得.考點2實驗原理例2(2017河南鄭州質檢)如圖，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系(1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可以通過僅測量_C_(填選項前的符號)，間接地解決這個問題A小球開始釋放高度hB小球拋出點距地面的高度HC小球做平拋運動的射程(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測出平拋射程OP
9、，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位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復接下來要完成的必要步驟是_ADE或DEA或DAE_.(填選項前的符號)A用天平測量兩個小球的質量m1、m2(m1m2)B測量小球m1開始釋放高度hC測量拋出點距地面的高度HD分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為m1OMm2ONm1OP用(2)中測量的量表示；若碰撞是彈性碰撞，那么還應滿足的表達式為_m1OM2m2ON2m1OP2_用(2)中測量的量表示解析(1)因在4次閃光照相中B只有兩個位置，所以碰撞一定
10、發(fā)生在x60 cm處(2)由于在4次閃光照相中B只有兩個位置，A、B相碰后B靜止，碰后A在t時間內(nèi)發(fā)生位移為20 cm，所以碰后A由60 cm處滑至50 cm處所用的時間為0.01 s，故第一次閃光后經(jīng)t0.01 s兩者相碰(3)設碰撞前后A的速度大小分別為vA、vA，碰撞前B的速度大小為vB，由圖可得vAvB2vA，若滿足動量守恒，所以有mBvBmAvAmAvA，解得.考點3實驗改進與創(chuàng)新例3(2018山東濟南質檢)為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學選取了兩個體積相同、質量相差比較大的小球，按下述步驟做了如下實驗：用天平測出兩小球的質量(分別為m1和m2，且m
11、1m2)；按圖所示安裝好實驗器材，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端；先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置；將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球m1和m2在斜面上的落點位置；用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離圖中D、E、F點是該同學記下小球在斜面上的落點位置，各點到B點的距離分別為LD、LE、LF.根據(jù)該同學的實驗，回答下列問題：(1)在不放小球m2時，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，m1的落點在圖中的_E_點，把小球m2放在斜槽末端
12、邊緣處，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球m1的落點在圖中的_D_點(2)若碰撞過程中，動量和機械能均守恒，不計空氣阻力，下列表達式中正確的是(AC)Am1m1m2Bm1Lm1Lm1LCm1LEm1LDm2LFDLELFLD解析(1)不放小球m2時，m1的落點是E點，放上m2時，小球m1和小球m2相撞后，小球m1的速度減小，所以碰撞后m1球的落點是D點，m2的落點是F點(2)不碰撞時，小球m1落在題圖中的E點，設其水平初速度為v，設斜面BC與水平面的傾角為，由平拋運動規(guī)律有LEsin gt2，LEcos vt，解得v；小球m1和m2發(fā)生碰撞后，m1的落點在題圖中的D
13、點，設其水平初速度為v1，m2的落點是題圖中的F點，設其水平初速度為v2，同理解得v1，v2，只要滿足m1vm1v1m2v2，即m1m1m2，則說明兩球碰撞過程中動量守恒；若兩小球的碰撞是彈性碰撞，由機械能守恒定律有m1v2m1vm2v，即m1LEm1LDm2LF.對應演練遷移運用1(多選)在利用氣墊導軌探究碰撞中的不變量實驗中，哪些因素可導致實驗誤差(AB)A導軌安放不水平B小車上擋光板傾斜C兩小車質量不相等D兩小車碰后連在一起解析實驗要求小車碰撞前后均做勻速直線運動，才能準確測量碰撞前后的速度，若導軌安放不水平，會引起誤差，選項A正確；小車的速度用擋光板的寬度與通過光電門的時間的比值來計算
14、，若擋光板傾斜，則會引起擋光板寬度的誤差，影響實驗結果，選項B正確；實驗過程需要改變小車質量和考慮各種碰撞情況，包括碰后連在一起的情況，選項C、D錯誤2某同學設計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端黏有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動然后與原來靜止在前方的小車B相碰并黏合成一體繼續(xù)做勻速運動他設計的具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片以平衡摩擦力(1)若已得到打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點間距標在圖上，A為運動起始的第一點，則應選_BC_段計算A的碰前速度，應選_DE_段來計算A和B碰后的共同速度(選填“AB”
15、“BC”“CD”或“DE”)(2)已測得小車A的質量m10.40 kg.小車B的質量m20.20 kg，由以上測量結果可得：碰前總動量為_0.420_kgm/s，碰后總動量為_0.417_kgm/s.解析(1)取研究對象運動情況比較穩(wěn)定的一段計算其運動速度(2)碰撞前總動量p1mAvA0.40 kgm/s0.420 kgm/s，碰后總動量p2(mAmB)v(0.400.20) kgm/s0.417 kgm/s.3氣墊導軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦我們可以用帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和滑塊A、B探究碰撞中
16、的不變量，實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計)采用的實驗步驟如下：a用天平分別測出滑塊A、B的質量mA、mB；b調整氣墊導軌，使導軌處于水平；c在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上；d用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1；e按下電鈕放開卡銷，同時分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作，當A、B滑塊分別碰撞擋板C、D時計時結束，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2.(1)實驗中還應測量的物理量及其符號是_B的右端至擋板D的距離L2_.(2)作用前A、B兩滑塊質量與速度乘積之和為_0_；作用后A、B兩滑塊質量與速度乘積之和為_mAmB_.(3)作用
17、前、后A、B兩滑塊質量與速度乘積之和并不完全相等，產(chǎn)生誤差的原因有_見解析_.(至少答出兩點)解析A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后，在氣墊導軌上運動時可視為勻速運動，因此只要測出A與C的距離L1、B與D的距離L2及A到C、B到D的時間t1和t2，測出兩滑塊的質量，就可以探究碰撞中的不變量(1)實驗中還應測量的物理量為B的右端至擋板D的距離L2.(2)設向左為正方向，根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為vA，vB.碰前兩滑塊靜止，即v0，質量與速度乘積之和為零，碰后兩滑塊的質量與速度乘積之和為mAvAmBvBmAmB.(3)產(chǎn)生誤差的原因L1、L2、t1、t2、mA、mB的數(shù)據(jù)測量誤差；沒有考慮彈簧
18、推動滑塊的加速過程；滑塊并不是做標準的勻速直線運動，滑塊與導軌間有少許摩擦力；氣墊導軌不完全水平4某同學利用打點計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗氣墊導軌裝置如圖所示(1)下面是實驗的主要步驟：安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平；向氣墊導軌通入壓縮空氣；把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點計時器與彈射架并固定在滑塊1的左端，調節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的彈簧；把滑塊2放在氣墊導軌的中間；先_接通打點計時器的電源_，然后_放開滑塊1_，讓滑塊帶動紙帶一起運動(滑塊1與滑塊2碰后會黏在
19、一起)取下紙帶，重復步驟，選出理想紙帶如圖所示測得滑塊1的質量為m1310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質量為m2205 g.請完善實驗步驟.(2)已知打點計時器每隔0.02 s打一個點，計算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為_0.620_ kgm/s，兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為_0.618_ kgm/s.(保留三位有效數(shù)字)(3)試說明(2)中兩結果不完全相等的主要原因是_紙帶與打點計時器限位孔之間有摩擦_.解析(1)實驗前應先接通打點計時器的電源，再放開滑塊；(2)作用前系統(tǒng)的總動量為滑塊1的動量p0m1v0，由紙帶知v0 m/s2 m/s，即p00.620 kgm/s；作用后系統(tǒng)的
20、總動量為兩滑塊的動量和，且此時兩滑塊黏在一塊，有相同的速度v，由紙帶可知v m/s1.2 m/s，所以此時的動量p(m1m2)v0.618 kgm/s.5現(xiàn)利用圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律在圖甲中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間實驗測得滑塊A的質量m10.310 kg，滑塊B的質量m20.108 kg，遮光片的寬度d1.00 cm；打點計時器所用交流電的頻率f50.0 Hz.將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊A一向右
21、的初速度，使它與B相碰碰后光電計時器顯示的時間為tB3.500103 s，碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示若實驗允許的相對誤差絕對值(100%)最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律？寫出運算過程解析按定義，物塊運動的瞬間時的速度大小v為v，式中s為物塊在短時間t內(nèi)走過的路程設紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為tA，則tA0.02 s，tA可視為很短設A在碰撞前、后時速度大小分別為v0，v1.將式和圖上提供的實驗數(shù)據(jù)代入式得v02.00 m/s，v10.970 m/s，設B在碰撞后的速度大小為v2，由式得v2，代入題給實驗數(shù)據(jù)得v22.86 m/s.設兩滑塊在碰撞前、后的總動量分別為p和p則pm1v0，pm1v1m2v2，兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為p|100%，聯(lián)立式并代入有關數(shù)據(jù)，得p1.7%5%，因此，本實驗在允許的誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律答案是在誤差范圍內(nèi)，過程略10
2019版高考物理一輪復習 實驗增分 專題7 驗證動量守恒定律學案
