(新高考)高考物理一轮复习课件第6章实验八《验证动量守恒定律》(含解析)

动量守恒定律及其应用第六章实验八验证动量守恒定律主干梳理对点激活[实验方案一]利用滑块和气垫导轨完成实验[实验器材]气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、尼龙搭扣、撞针、橡皮泥等。[实验方案二]利用摆长相等的摆球完成实验[实验器材]带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。[实验步骤]1．用天平测出两个等大小球的质量m1、m2。2．把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3．一个小球静止，拉起另一个小球，放下后它们相碰。4．测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。5．改变碰撞条件，重复实验。[实验步骤]1．用天平测出两小车的质量。2．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．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，把两小车连接成一个整体运动。4．改变碰撞条件，重复实验(①改变小车A的初速度；②改变两小车的质量)。[实验步骤]1．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(避免入射小球反弹)。2．按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平。3．白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。4．不放被撞小球，每次让入射小球(质量为m1)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．把被撞小球(质量为m2)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，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。如图所示。6．连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。2．方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用摆球进行验证，两摆球静止时球心应在同一水平线上，且刚好接触，摆线竖直。(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球。3．探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维(即正碰)，为此两球应等大，且速度沿球心连线方向。(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，用长木板实验时是否平衡了摩擦力。2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。考点细研悟法培优考点1实验原理与操作例1

(2020·福建省龙岩市高三下学期3月教学质量检查)在“验证动量守恒定律”的实验中，实验装置及实验中小球运动轨迹及平均落点的情况如图所示，回答下列问题：(1)本实验需要测量的物理量是___________(填选项前的字母)。A．小球的质量ma、mbB．小球离开斜槽后飞行的时间ta、tbC．小球离开斜槽后飞行的水平射程xA、xB、xCD．槽口到水平地面的竖直高度H(2)实验中重复多次让小球a从斜槽上的同一位置释放，其中“同一位置释放”的目的是_______________________________________________。(3)放置被碰小球b前后，小球a的落点位置分别为图中的___________和________。AC

为了保证小球每次平抛的初速度相同

B

A

尝试解答尝试解答[变式1]

(2020·安徽省合肥市肥东县高三3月线上调研)某同学利用如下实验装置研究两物体碰撞过程中的守恒量。实验步骤如下：①如图所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球1、球2与木条的撞击点；③将木条平移到图中所示位置，让入射球1从斜轨上A点由静止释放，确定撞击点；④把球2静止放置在水平槽的末端，让入射球1从斜轨上A点由静止释放，确定球1和球2相撞后的撞击点；⑤测得B′与N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)两小球的质量关系为m1_____________m2(填“>”“＝”或“<”)。＞

(2)木条平移后，在不放小球2时，将小球1从斜轨上A处由静止开始释放，球1的落点在图中的________________________点，把小球2放在斜轨末端边缘B处，让小球1从斜轨上A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，碰后小球1的落点在图中的________________________点。(3)若再利用天平测量出两小球的质量分别为m1、m2，则满足

___________________________表示两小球碰撞前后动量守恒；若满足

______________________________________表示两小球碰撞前后的机械能守恒。P

M

解析解析考点2数据处理与误差分析例2

(2020·安徽省宣城市高三下第二次调研)用如图甲所示的装置验证动量守恒定律，小车P的前端粘有橡皮泥，后端连接通过打点计时器的纸带，在长木板右端垫放木块以平衡摩擦力，推一下小车P，使之运动，与静止的小车Q相碰粘在一起，继续运动。(1)实验获得的一条纸带如图乙所示，根据点迹的不同特征把纸带上的点进行了区域划分，用刻度尺测得各点到起点A的距离。根据碰撞前后小车的运动情况，应选纸带上________________________段来计算小车P的碰前速度。BC

<

尝试解答尝试解答[变式2]

(2020·广东省深圳市高三第二次线上统一测试)某同学在实验室使用半径相同的两个小球，按如图实验装置来验证动量守恒定律。他的主要实验操作如下：①用天平测量a、b两球的质量m1和m2②用游标卡尺测出两个小球的直径d③

2%

解析考点3实验创新例3

(2020·湖北省武汉市高三下六月模拟)某实验小组利用如图a所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下：①用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数如图b所示，用天平测量小球A、B的质量分别为m1、m2；②用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上；③将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。回答下列问题：(1)小球的直径d＝________________________cm；2.20

(2)若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式可表示为___________

_______________________________________________________(用①③中测量的量表示)；(3)完成实验后，实验小组进一步探究。用质量相同的A、B两球重复实验步骤②③，发现A球与B球碰撞后，A球静止，B球向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角略小于α，由此他们判断A、B两球的碰撞是____________________________________(填“弹性碰撞”“非弹性碰撞”或“完全非弹性碰撞”)。m1

弹性碰撞

尝试解答尝试解答尝试解答[变式3－1]

(2020·山东东营一中下学期开学考试)为了验证碰撞中的动量和能量是否守恒，某同学选取了两个体积相同、质量相差比较大的小钢球，按下述步骤做了实验：A．用天平测出两小球的质量(分别为m1和m2，且m1>m2)。B．按图示安装好实验器材，将斜槽AB固定在桌边，使槽的末端切线水平，将一斜面BC连接在斜槽末端。C．先不放小球2，让小球1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的落点位置。D．将小球2放在斜槽末端边缘处，让小球1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，分别记下小球1和2在斜面上的落点位置。E．用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点B的距离，图中D、E、F点是该同学记下小球在斜面上的落点位置，到B点的距离分别为LD、LE、LF。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)在不放小球2时，让小球1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，小球1的落点在图中的________________________点；把小球2放在斜槽末端边缘处，让小球1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，使它们发生碰撞，碰后小球1的落点在图中的________________________点。(2)若碰撞过程中，满足表达式________________________________，则该碰撞过程动量守恒；若碰撞过程中，满足表达式__________

_________________，则该碰撞过程机械能守恒。(用m1、m2、LD、LE、LF表示)E

D

m1LE＝m1LD＋m2LF

A

解析解析[变式3－2]

(2020·东北三省四市教研联合体高三下模拟)某同学设计了验证动量守恒定律的实验。所用器材有：固定有光电门的长木板、数字计时器、一端带有遮光片的滑块A(总质量为M)、粘有橡皮泥的滑块B(总质量为m)等。将长木板水平放置，遮光片宽度为d(d很小)，重力加速度为g，用相应的已知物理量符号回答下列问题：(1)如图a所示，使A具有某一初速度，记录下遮光片经过光电门的时间t和A停止滑动时遮光片与光电门的距离L，则A经过光电门时的速度可表示

为v＝________；A与木板间的动摩擦因数μ＝_____________。(2)如图b所示，仍使A具有某一初速度，并与静止在正前方的B发生碰撞(碰撞时间极短)，撞后粘在一起继续滑行。该同学记录了遮光片经过光电门的时间t0，A、B撞前B左端距光电门的距离s1，以及A、B撞后它们一起滑行的距离s2，若A、B材料相同，它们与木板间的动摩擦因数用字母μ表示，如需验证A、B系统碰撞时满足动量守恒定律，只需验证

_________________________________________成立即可。解析高考模拟随堂集训1．(2020·宁夏银川九中、石嘴山三中、平罗中学三校高三下联考)用如图所示的装置来验证动量守恒定律。滑块在气垫导轨上运动时阻力不计，其上方挡光条到达光电门D(或E)，计时器开始计时；挡光条到达光电门C(或F)，计时器停止计时。实验主要步骤如下：a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB；b．给气垫导轨通气并调整使其水平；c．调节光电门，使其位置合适，测出光电门C、D间的水平距离L；d．A、B之间紧压一轻弹簧(与A、B不粘连)，并用细线拴住，如图静置于气垫导轨上；e．烧断细线，A、B各自运动，弹簧恢复原长前A、B均未到达光电门，从计时器上分别读取A、B在两光电门之间运动的时间tA、tB。(1)实验中还应测量的物理量x是________________________________

(用文字表达)。光电门E、F间的水平距离

(2)利用上述测量的数据，验证动量守恒定律的表达式是__________

___________________(用题中所给的字母表示)。(3)利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能Ep＝

_______________________________________(用题中所给的字母表示)。mA

解析2．(2020·山东省二模)某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证动量守恒定律的实验中，用到两个相同的光电门1和2及质量分别为400g、200g的滑块A和B，两滑块上分别固定有宽度相同的长方形遮光片。部分实验操作如下：(1)用精度为0.02mm的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如图甲所示，其读数为________________cm。某次测量中，数字计时器记录的遮光片通过光电门的时间为40.0ms，则滑块的速度大小为_________m/s(结果保留三位有效数字)。2.002

0.501

(2)研究两个滑块的弹性碰撞：实验中给某个静止滑块适当的初速度，使其从左向右运动，与另一静止的滑块发生弹性碰撞，碰后两滑块的速度方向相同。据此判断，实验开始时，气垫导轨上放置的器材1、器材2、器材3、器材4(如图乙)从左到右依次应为________________________。a．光电门1、滑块A、滑块B、光电门2b．光电门1、滑块B、滑块A、光电门2c．滑块A、光电门1、滑块B、光电门2d．滑块B、光电门1、滑块A、光电门2c

(3)研究两个滑块的完全非弹性碰撞：实验中两个滑块碰撞后粘在一起，从左向右先后通过某一光电门。测得先通过该光电门的遮光片速度大小为0.309m/s，后通过该光电门的另一遮光片速度大小为0.311m/s。若上述速度大小的差别由单一因素引起，该因素可能是______________或________________________。a．遮光片倾斜b．空气阻力c．气垫导轨不水平，左低右高d．气垫导轨不水平，左高右低a

d

解析解析3．(2020·山东省青岛市二模)如图，是用气垫导轨验证动量守恒定律的实验装置，滑块1的质量m1＝0.20kg，滑块2的右端面固定一小块橡皮泥，其总质量m2＝0.10kg。两滑块上均装有宽度d＝0.50cm的遮光条，在两滑块间合适位置装有光电门1，在滑块2左侧适当位置装有光电门2。将滑块1置于导轨右端，然后用橡皮锤水平敲击滑块1，滑块1经过光电门1，数字计时器显示的时间为0.050s，滑块1与滑块2碰撞后粘在一起，碰撞后滑块2与滑块1先后经过光电门2，数字计时器先后显示的时间分别为0.068s和0.065s。请回答下列问题：(1)对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞前系统的总动量为____________kg·m/s，碰撞后系统的总动量为____________kg·m/s。(计算结果均保留两位有