实验七验证动量守恒定律

实验七验证动量守恒定律实验基础命题研析实验基础落实基础·提炼精髓●注意事项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实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平.(2)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,且刚好接触,摆线竖直,将小球拉起后,两条摆线应在同一竖直面内.(3)若利用长木板进行实验,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力.(4)若利用斜槽小球碰撞应注意:①斜槽末端的切线必须水平;②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;③选质量较大的小球作为入射小球;④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变.●误差分析本实验误差主要来源:(1)小球每次释放位置存在差异.(2)小球离开轨道时的速度不水平.(3)M,N,P点位置确定存在误差.

命题研析突破常规·注重创新命题点一常规实验【典例1】(2018·河南濮阳一模)某实验小组用如图所示的实验装置验证动量守恒定律,即研究两个小球在水平轨道上碰撞前后的动量关系.装置图中O点为小球抛出点在水平地面上的垂直投影,实验时先将入射小球m1,多次从斜轨道上的P位置由静止释放,找到其落地点的平均位置Q,测量水平射程OQ.接着将被碰小球置于水平轨道,再将入射小球m1从斜轨道上P位置由静止释放,与小球m2相碰,并重复多次,分别找到两球相碰后落地点的平均位置.答案:(1)AD(2)实验中,在确定小球落地点的平均位置时,通常采用的做法是

,其目的是减小实验中的

(选填“系统误差”或“偶然误差”).

解析:(2)在进行实验时,该实验利用了多次实验取平均值的思想进行的,在确定小球落点时注意采用的方法是用圆规画一个尽可能小的圆把所有的落点圈在里面,圆心即平均位置,这样可以减小实验过程中造成的偶然误差.答案:(2)用圆规画一个尽可能小的圆,把所有落点圈在里面,圆心即平均位置偶然误差(3)若两球相碰前后动量守恒,其表达式为

;若碰撞是弹性碰撞,那么还应满足的表达式为

.(两空均用所测量的量表示)题组训练1.如图(甲)所示是气垫导轨上的两个滑块的照片,导轨中间是滑块A,质量mA=0.20kg,右边是滑块B,质量mB=0.30kg.图(乙)是滑块B向左运动中与滑块A碰后合为一体的照片,频闪照片的频率f=10Hz.答案:(1)0.048

0.050(1)根据照片提供的信息,碰前的动量为

kg·m/s,碰后的动量为

kg·m/s.

(2)实验结论:

.答案:(2)在误差允许的范围内,碰撞前后动量相等解析:(2)实验结论:在误差允许的范围内,碰撞前后动量相等,在碰撞过程中动量守恒.2.(2019·湖南长沙模拟)某同学设计了一个用电磁打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动.他设计的装置如图(甲)所示.小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力.解析:(1)从分析纸带上打点的情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,应选用BC段计算小车A碰前的速度.从CD段打点的情况看,小车的运动情况还没稳定,而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度.答案:(1)BC

DE

(1)若已测得打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(已标在图上).A为运动的起点,则应选

段来计算A碰前的速度.应选

段来计算A和B碰后的共同速度.(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

答案:(2)0.420

0.417(2)已测得小车A的质量m1=0.4kg,小车B的质量为m2=0.2kg,则碰前两小车的总动量为

kg·m/s,碰后两小车的总动量为

kg·m/s.

命题点二创新实验【典例2】(2014·全国Ⅱ卷,35)现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)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.实验测得滑块A的质量m1=0.310kg,滑块B的质量m2=0.108kg,遮光片的宽度d=1.00cm;打点计时器所用交流电的频率f=50.0Hz.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ΔtB=3.500ms,碰撞前后打出的纸带如图(b)所示.若实验允许的相对误差绝对值(||×100%)最大为5%,本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律?写出运算过程.答案:见解析【典例3】(2019·广东汕尾模拟)气垫导轨是常用的一种实验仪器.它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律,实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计).采用的实验步骤如下:①用天平分别测出滑块A,B的质量mA,mB.②调整气垫导轨,使导轨处于水平.③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上.④用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.⑤按下电钮放开卡销,同时使分别记录滑块A,B运动时间的计时器开始工作.当A,B滑块分别碰撞C,D挡板时停止计时,记下A,B分别到达C,D的运动时间t1和t2.答案:(1)B的右端至D板的距离L2(1)实验中还应测量的物理量是

.解析:(1)验证动量守恒,需要知道物体的运动速度,在已经知道运动时间的前提下,需要测量运动物体的位移,即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2.(2)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是

,上式中算得的A,B两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因是

.答案:(3)见解析

(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小?如能,请写出表达式:

.1.(2019·河北石家庄模拟)如图所示是用来验证动量守恒的实验装置.弹性球1用细线悬挂于O点,O点正下方桌子的边沿有一竖直立柱.实验时,调节悬点,使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高.将球1拉到A点,并使之静止.释放球1,当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞.碰后球1向左最远可摆到B点,球2落到水平地面上的C点.测出有关数据即可验证1,2两球碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的距离为a,B点离水平桌面的距离为b,C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外:题组训练(1)还需要测量的量是

、

和

.解析:(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球1碰撞前后的高度a和b,由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故再测量弹性球1的质量m1,就能求出弹性球1的动量变化;根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化,因此测量出弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化.答案:(1)弹性球1,2的质量m1,m2立柱高h桌面高H

(2)根据测量的数据,该实验中动量守恒的表达式为

.(忽略小球的大小)2.(2019·河南洛阳模拟)某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律,装置固定在水平面上,圆弧形轨道下端切线水平,两球半径相同,两球与水平面的动摩擦因数相同.实验时,先测出A,B两球的质量mA,mB,让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放,记下其在水平面上滑行距离的平均值x0,然后把球B静置于轨道下端水平部分,并将球A从轨道上同一位置由静止释放,并与球B相碰,重复多次.(1)为确保实验中球A不反向运动,则mA,mB应满足的关系是

.解析:(1)为防止两球碰撞后入射球反弹,入射球(球A)的质量应大于被碰球(球B)的质量,即mA>mB.答案:(