202X年高考物理一轮复习专题十一实验十二：验证动量守恒定律课件

1、实验十二：验证动量守恒定律一、基本原理与操作方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图 S12-1 所示)图 S12-11.测质量：用天平测出滑块质量.2.安装：正确安装好气垫导轨.3.实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(改变滑块的质量改变滑块的初速度大小和方向).4.验证：一维碰撞中的动量守恒.方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图 S12-2 所示)图 S12-21.测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m2.2.安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.3.实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时两小球相碰.4.测速度：可以测量小球被

2、拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后另一小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度.5.改变条件：改变碰撞条件，重复实验.6.验证：一维碰撞中的动量守恒.方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图S12-3 所示)图 S12-31.测质量：用天平测出两小车的质量.2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.3.实验：接通电源，让小车 A 运动，小车 B 静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动.4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v算出速度.5.改变条件：改变碰撞条件

3、，重复实验.6.验证：一维碰撞中的动量守恒.方案四：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图S12-4 所示)图 S12-41.测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球.2.安装：按照图 S12-4 所示安装实验装置.调整固定斜槽使斜槽底端水平.3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置 O.4.放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复 10 次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面.圆心 P 就是小球落点的平均位置.5.碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞

4、，重复实验 10 次.用步骤 4 的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置 M 和被撞小球落点的平均位置 N.如图 S12-5 所示.图 S12-56.验证：连接 ON，测量线段 OP、OM、ON 的长度.将测量数据填入表中，最后代入 m1OPm1OMm2ON，看在误差允许的范围内是否成立.二、误差分析1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求.碰撞是否为一维碰撞.实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平等.2.偶然误差：主要来源于质量 m 和速度 v 的测量.三、实验注意事项1.碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”.2.若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平

5、.3.若利用摆球进行实验，两小球静放时球心应在同一水平线上，且两球刚好接触时摆线竖直，将小球拉起后，两条摆线应在同一竖直平面内.4.若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力.5.若利用斜槽进行实验，入射球质量 m1 要大于被碰球质量m2，即m1m2，防止碰后m1被反弹，且两球半径r1r2r.【基础自测】1.在利用平抛运动做“探究碰撞中动量守恒”实验中，安装斜槽轨道时，应让斜槽末端的切线保持水平，这样做的目的是()A.入射球得到较大的速度B.入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向C.入射球与被碰球碰撞时动能无损失D.入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出解析：实验中小球能水平

6、飞出是实验成功的关键，只有这样才能使两个小球在空中运动时间相等，B 正确.答案：B考点基本实验操作与实验数据的考查【典题 1】(2019 届河北衡水中学期中)如图 S12-6 所示，用半径相同的 A、B 两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”.实验时先让质量为 m1 的 A 球从斜槽上某一固定位置 C 由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹.重复上述操作 10次，得到 10 个落点痕迹.再把质量为 m2 的 B 球放在水平轨道末端，让 A 球仍从位置 C 由静止滚下，A 球和 B 球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作 1

7、0 次.M、P、N 为三个落点的平均位置，未放 B 球时，A 球的落点是 P 点，M 点、N 点分别为 A 球 B 球碰撞后的落点.O 点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图 S12-7 所示.图 S12-6图 S12-7(1)在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足 m1_m2(填“”或“m2；小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证：m1v0m1v1m2v2，因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移 xvt，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有 m1OPm1O

8、Mm2ON，实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材有：BC；(2)由于各种偶然因素，如所受阻力不同等，小球的落点不可能完全重合，落点应当比较集中，但不是出现了错误，故 A、B 错误；由于落点比较密集，又较多，每次测量距离很难，故确定落点平均位置的方法是最小圆法，即用尽可能最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表落点的平均位置，故 C正确；仅调节斜槽上固定位置 C，它的位置越低，由于水平速度越小，则线段 OP 的长度越小，故 D 错误.(4)根据实验原理可知，OP 是放一个小球时的水平射程，小球的速度与质量无关，故

9、OP 与质量无关；而碰后两球的速度与两球的质量有关，所以碰后水平射程与质量有关，故 OM和 ON 与质量有关；(5)如图所示，连接 OP、OM、ON，画出 M、N 在 OP 方向上的投影点 M、N，如图 S12-9 所示；分别测量出 OP、OM、ON的长度.若在实验误差允许范围内，满足关系式 m1OPm1OMm2ON，则可以认为两小球碰撞前后在 OP 方向上动量守恒.图 S12-9答案：(1) BC(2)C(3)m1OPm1OMm2ONm1OP2m1OM2m2ON2(4)OPOM 和 ON(5)m1OPm1OMm2ON考向 1 用光电门测速度【典题 2】(2014 年新课标卷)现利用如图 S1

10、2-10 甲所示的装置验证动量守恒定律.在图甲中，气垫导轨上有 A、B 两个滑块，滑块 A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块 B 左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间.甲乙图 S12-10实验测得滑块 A 的质量 m10.310 kg，滑块 B 的质量 m20.108 kg，遮光片的宽度 d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率 f50.0 Hz.将光电门固定在滑块 B 的右侧，启动打点计时器，给滑块A 一向右的初速度，使它与 B 相碰.碰后光电计时器显示的时间为tB3.500 ms，碰撞前后打出的纸带

11、如图 S12-10 乙所示.最大为 5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？请写出运算过程.解：按定义，滑块运动的瞬时速度大小 v 为vst式中s 为滑块在很短时间t 内走过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为tA，则tA 可视为很短.设滑块 A 在碰撞前、后瞬时速度大小分别为 v0、v1.将式和图给实验数据代入式可得v02.00 m/sv10.970 m/s设滑块 B 在碰撞后的速度大小为 v2，由式有v2dtB代入题给实验数据得 v22.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的动量分别为 p 和 p，则pm1v0p m1v1m2v2两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为p|ppp|10

12、0%联立式并代入有关数据，得p1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.考向 2 用打点计时器测速度【典题 3】(2018 届福建厦门质检)在验证动量守恒定律实验时，用图 S12-11 甲所示装置进行验证，在长木板右端下面垫放小木片，平衡好摩擦力.小车 P 的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带.接通电源，轻推小车 P 使之运动，小车 P 运动一段时间后，与原来静止的小车 Q 相碰，并黏合在一起继续运动.(已知打点计时器电源频率为 50 Hz)甲乙图 S12-11(1)两车碰撞前后打出的纸带如图 S12-11 乙所示.测得小车P的质量mP0.60 kg，小车Q的质量mQ0.40 k

13、g，由以上数据求得碰前系统总动量为_kgm/s，碰后系统总动量为_kgm/s(结果保留三位有效数字)(2)实验结论：_答案：(1)0.4800.4820.475(2)在误差允许的范围内，碰撞前后总动量守恒考向 3 用频闪照相探究动量守恒定律【典题 4】(2017 年江西九校联考)利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：用天平测出滑块 A、B 的质量分别为 200 g 和 300 g；安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把 A、B 两滑块放到导轨上，并给它们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为t0.2 s, 照片如图 S12-12 所示：图 S12-12结合实验过程和图象分析