【同步学练】高中物理人教版(2019)选择性必修1：第1章4.实验：验证动量守恒定律学案(学生版)

4．实验：验证动量守恒定律1．明确验证动量守恒定律的基本思路。2．验证一维碰撞中的动量守恒。3．知道实验数据的处理方法。类型一实验原理与操作【典例1】(2022·山西长治第二中学期末)某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律，图中CQ是斜槽，QR为水平槽，二者平滑相接，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面上的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。然后把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从原位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端口在记录纸上的垂直投影点，P点为未放被碰球B时A球的平均落点，M为与B球碰后A球的平均落点，N为被碰球B的平均落点。若B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于OP，米尺的零刻度线与O点对齐。(1)A球的质量mA和被碰球B的质量mB的关系是mA________mB。(选填“>”“<”或“＝”)(2)碰撞后B球的水平射程L0约为________cm。(3)下列选项中，本次实验必须测量的物理量是________。(填选项前的字母)A．水平槽上未放B球时，A球平均落点位置到O点的距离L1B．A球与B球碰撞后，A球平均落点位置到O点的距离L2C．A球或B球的直径DD．A球和B球的质量mA、mBE．G点相对于水平槽面的高度H(4)需验证的关系式为___________________________________________。(用题中给出的字母表示)[听课记录]类型二数据处理与误差分析【典例2】(2022·山东威海高二期中)某同学用如图所示的装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有粘性强的物质。图中滑块a和挡光片的总质量m1＝0.310kg，滑块b的质量m2＝0.108kg，实验步骤如下：①打开气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的挡光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；②将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后推动滑块a水平压缩弹簧，撤去外力后，滑块a在弹簧弹力的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；③两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；④实验中，分别记录下滑块a的挡光片通过光电门1的时间t1，两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。(1)完成实验步骤①中所缺少的内容________。(2)设挡光片通过光电门的时间为Δt，则滑块通过光电门的速度为v＝________(用d、Δt表示)。(3)实验前测得挡光片的宽度d＝1.00cm，实验中测得滑块a经过光电门1时的速度v1＝2.00m/s，两滑块经过光电门2的时间t2＝6.85ms，将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1＝________kg·m/s，p2＝________kg·m/s(结果均保留三位小数)。本实验的相对误差p1[听课记录]类型三创新实验设计【典例3】(2022·广西百色期末)如图所示，某同学利用光电门、斜面、弹簧、滑块和小球等装置设计了一个实验用来验证动量守恒定律。主要操作步骤为：①将光电门固定在光滑水平桌面上；②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；③从桌面边缘搭建斜面，斜面顶端与桌面等高，在斜面上铺白纸，白纸上面放上复写纸；④在a和b间锁定一个压缩的轻弹簧，将系统静止放置在平台上；⑤解除锁定，a、b瞬间被弹开，记录a通过光电门时挡光片的遮光时间t；⑥记录b落在斜面上的点M，用刻度尺测出其到桌面边缘O的距离为s0。已知挡光片宽度为d，重力加速度为g，请回答下列问题：(1)滑块a经过光电门时的瞬时速度v＝________(用题给字母表示)；(2)若测得斜面的倾角为θ，则小球b做平抛运动的初速度v0＝____________(用题给字母表示)；(3)若a、b在解除锁定过程中动量守恒，需满足的关系式是_____________________________________________________(用题给字母表示)。[听课记录]1．(2022·山东济宁高二期中改编)现利用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。在图甲中，小车A的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带，启动打点计时器，给小车A一初速度，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续运动。实验测得小车A(含橡皮泥)的质量m1＝0.81kg，小车B的质量m2＝0.84kg，打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz。碰撞前后打出的纸带如图乙所示(单位：cm)。(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是________。A．长木板下垫着的薄木片用来平衡摩擦力B．小车A和小车B的车轮应该由同种材料制成C．应选用质量差不多大的两个小车(2)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。(结果保留三位有效数字)2．(2022·江苏扬州江都大桥高级中学月考)利用“类牛顿摆”验证动量守恒定律。实验器材：两个半径相同的球1和球2，细线若干，坐标纸，刻度尺。实验步骤：(1)测量小球1、2的质量分别为m1、m2，将小球各用两细线悬挂于水平支架上，两小球位于同一水平面内，如图甲所示。(2)将坐标纸竖直固定在水平支架上，使坐标纸与小球运动平面平行且尽量靠近。坐标纸每一小格均是边长为d的正方形。将小球1拉至某一位置A，由静止释放，垂直坐标纸方向用手机高速连拍。(3)分析连拍照片得出，球1从A点由静止释放，在最低点与球2发生水平方向的正碰，球1反弹后到达最高位置为B，球2向左摆动的最高位置为C，如图乙所示。已知重力加速度为g，碰前球1的动量大小为________，若满足关系式________________________，则验证碰撞中动量守恒；(4)与用一根细线悬挂小球相比，本实验采用双线摆的优点是________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(1)如图甲所示，在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的底端与O点重合。刚开始不放小球B，使小球A从斜槽上C点由静止滚下，然后在水平槽末端放上小球B，使小球A仍从C点由静止滚下，得到两次球在斜面上的平均落点M′、P′、N′。用刻度尺测得斜面底端到M′、P′、N′三点的距离分别为L′OM、L′OP、L′ON，测量出斜面的倾角为θ，用天平测量出两个小球的质量分别为m1、m2。则仅利用以上数据能不能验证两球碰撞过程中总动量守恒？若能，请用所测物理量写出验证表达式；若不能，请说明理由。(2)实验小组成员小红对(1)中装置进行了改造，改造后的装置如图乙所示。使小球A仍从斜槽上C点由静止滚下，得到两次小球落在以斜槽末端为圆心的14圆弧挡板上的平均落点M′、P′、N′。测得轨道末端与M′、P′、N′三点的连线与水平方向的夹角分别为α1、α2、α3(用所测物理量的符号表示)。4．某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点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，采用的实验步骤如下：①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；②用天平分别称出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；③a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，静止放置在平台上；④细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；⑥滑块a最终停在C点(图中未画出)，用刻度尺测出A、C之间的距离sa；⑦小球b从平台