2025高考物理总复习实验 验证动量守恒定律

第6讲实验验证动量守恒定律高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验目的验证动量守恒定律。二、实验思路在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否守恒。[方案一]利用气垫导轨完成一维碰撞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、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。进行实验1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。

作用是减少摩擦力3.实验:接通电源,利用配套的数字计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度)。数据记录分析处理1.滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。2.验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。[方案二]利用斜槽滚球验证动量守恒定律实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、刻度尺等。进行实验1.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:按照如图甲所示的原理图安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平。

保证平抛甲3.铺纸: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。

确定水平运动初始点4.单球找点: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,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,如图乙所示。改变入射小球的释放高度,重复实验。数据记录分析处理1.小球水平射程的测量:连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。2.验证的表达式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。乙三、误差分析1.系统误差:主要来源于实验器材及实验操作等。(1)碰撞是否为一维碰撞。(2)气垫导轨是否完全水平,入射小球的释放高度存在差异。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。四、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验证,给滑块的初速度应沿着导轨的方向。(2)若利用平抛运动规律进行验证,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。×√×√研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

实验原理与操作典题1(2023湖南衡阳模拟)某同学用平抛运动演示仪验证碰撞中的动量守恒,如图所示,实验的主要步骤如下:(1)将斜槽末端处的切线调成

。

(2)将O点处的小球b移开,将小球a从P点由静止释放,记录下小球a在水平面上的落点位置为C。(3)在O点处放上小球b,再将小球a从P点由静止释放,记录下两球落在水平面上的位置,在本次操作中,小球a的质量应

(选填“大于”“等于”或“小于”)小球b的质量。

水平大于(4)测出各落点位置与水平面上A点(OA与水平面垂直)间的距离分别为AB=L1、AC=L2、AD=L3。(5)用天平测出小球a、b的质量分别为m1、m2,若满足m1L2=

,则两小球碰撞时遵循动量守恒;若满足=

(用m1、m2表示),则两小球碰撞为弹性碰撞。

m2L3+m1L1解析

(1)小球做平抛运动的初速度方向应该是沿水平方向,所以应将斜槽末端处的切线调成水平。(3)为防止小球a反弹,小球a的质量应大于小球b的质量。考向二

数据处理与误差分析典题2(2023江苏苏州模拟)某同学用如图甲所示的实验装置来验证动量守恒定律,实验中先让小球a从斜槽轨道上某点由静止滚下落在水平地面上,反复多次实验记录平均落点位置为B。然后将小球b放在斜槽末端,让小球a从斜槽上由静止滚下与小球b相碰后两球分别落在水平地面上,反复多次实验记录落点位置。已知斜槽末端的竖直高度H=45.00cm,ma=0.2kg,mb=0.1kg,重力加速度g取10m/s2,空气阻力不计,小球落地点距离O点(斜槽末端正下方)的距离如图乙所示。回答下列问题:甲乙(1)关于该实验不必要的条件是

。

A.斜槽末端必须保持水平B.a、b两球的半径必须相等C.a、b两球的密度必须相等D.小球a每次下落的起点位置必须相同(2)本实验探究水平动量守恒的表达式可以表示为

(用ma、mb、OA、OB、OC表示)。

(3)碰撞后小球b的水平动量为

(保留三位有效数字)。

Cma·OB=ma·OA+mb·OC0.160(5)若实验中小球每次落到水平面上的落点不完全相同,可以用

作为平均落地点位置。

守恒

包含落点的小圆圆心

解析

(1)实验中利用平抛运动验证小球碰撞中水平动量守恒,所以斜槽末端必须水平,故A正确,不符合题意;实验中应保证两球发生对心碰撞,且入射小球a的质量大于被碰小球b的质量,所以两小球半径应相等,而密度不等,故B正确,不符合题意,C错误,符合题意;为保证小球a每次碰小球b的速度相同,故小球a每次下落的起始位置要相同,故D正确,不符合题意。(5)为减小误差,应将落点用一个尽可能小的圆将所有落点圈起来,最终以“包含落点的小圆圆心”为落点进行测量。考点二实验的改进与创新考向一

实验器材的创新典题3(2023辽宁卷)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中OA为水平段,选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。图(a)图(b)测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2),将硬币甲放置在斜面上某一位置,标记此位置为B。由静止释放甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处,左侧与O点重合,将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON,保持释放位置不变,重复实验若干次,得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。(1)在本实验中,甲选用的是

(选填“一元”或“一角”)硬币;

(2)碰撞前,甲到O点时速度的大小可表示为

(设硬币与纸板间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g);

一元

(3)若甲、乙碰撞过程中动量守恒,则=

(用m1和m2表示),然后通过测得的具体数据验证硬币对心碰撞过程中动量是否守恒;

(4)由于存在某种系统或偶然误差,计算得到碰撞前后甲动量变化量大小与乙动量变化量大小的比值不是1,写出一条产生这种误差可能的原因:

。

存在空气阻力;硬币大小不能忽略,不可视为质点等(答案合理即可)解析

(1)甲碰撞乙,为了使碰撞后甲的速度方向不变,则甲的质量应该大于乙的质量,已知一元硬币的质量大于一角硬币的质量,所以甲选用的是一元硬币。考向二

实验方案的改进典题4

某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门,其右侧摩擦很小,可忽略不计,左侧为粗糙水平面。当地重力加速度大小为g,不计空气阻力。采用的实验步骤如下:Ⅰ.在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片;Ⅱ.用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb;Ⅲ.a和b间用细线连接,中间夹一被压缩了的轻短弹簧(与a、b不连接),静止放置在平台上;Ⅳ.细线烧断后,a、b瞬间被弹开,向相反方向运动;Ⅴ.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t,滑块a通过光电门后又运动了xa后停下;Ⅵ.小球b从平台边缘飞出后,落在水平地面的B点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s;Ⅶ.改变弹簧压缩量,进行多次测量。(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度,如图乙所示,则挡光片的宽度为

mm。

(2)针对该实验装置和实验结果,同学们做了充分的讨论,讨论结果如下:①该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证a、b弹开后的动量大小相等,即

=

(用上述实验所涉及物理量的字母表示);

②若该实验的