高考物理二轮复习实验清单：力学实验（三）

力学实验（3）——高考物理二轮复习实验清单大全

实验九：验证动量守恒定律

考点平均卷面分：9；考查频次：中。

【知识梳理】

一、实验目的

验证一维碰撞中的动量守恒定律。

二、实验原理

在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量mi、m2和碰撞前、后物体的速度VI、V2、V1\V2’,

算出碰撞前的动量p=miVi+m2V2及碰撞后的动量p'=miv/+m2V2',看碰撞前、后动量是否相

等。

三、实验器材

方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

气垫导轨、光电计时器、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。

方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验

光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。

方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验

斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。

四、实验过程

方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

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，如图所示。

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（①改变

滑块质量；②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：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验

1.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，如图所示。

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

连接成一个整体运动。

4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v笔算出速度。

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：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验

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：安装实验装置，如图所示。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0。

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，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。

Z*、、Z*✓*~、

Y।।_■

•、•/、•/I、•/

MPN

6.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m]OP=miOM

+m20N,看在误差允许的范围内是否成立。

7.整理：将实验器材放回原处。

五、数据处理

方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

1.滑块速度的测量：V=普，式中Ax为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），

加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：mivi+m2V2=miv/+m2V2、

方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验

1.小车速度的测量：v=等，式中Ax是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，加为小车

经过Ax的时间，可由打点间隔算出。

2.验证的表达式：miVi+m2V2=miVi,+m2V2,o

方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验

验证的表达式：miOP=miOM4-m2ONo

六、误差分析

L系统误差：主要来源于装置本身。

（1）碰撞不是一维。

（2）实验不满足动量守恒的条件，如气垫导轨不水平，用长木板实验时没有平衡摩擦力，两

球不等大。

2.偶然误差：主要来源于质量mi、m2和碰撞前后速度（或水平射程）的测量。

七、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，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。

（2）若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。

（3）若利用平抛运动规律进行验证：

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。

3.探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。

【试题练习】

1.用如图甲所示装置可研究斜槽末端两小球碰撞时的动量守恒。

砂L壬妞/C.钢球2

斜槽JT/铅垂线A.塑料球

复写纸白飞

。-B.钢球i

甲乙

(1)下列相关说法正确的有O

A.安装轨道时，必须选择光滑的斜槽

B.铅垂线的作用是确定小球抛出点在水平地面上的垂直投影位置

C.实验中必须测量小球下落的高度

D.同一组实验中入射小球必须从同一高度释放

(2)实验中需选择合适的两小球发生碰撞，现提供如图乙所示的三个小球，则入射小球应选

择,被撞小球应选择(填图乙中的序号)。

(3)如图丙，白纸上记录了多次重复实验的数据，其中。点是小球抛出点在水平地面上的垂

直投影，则5处对应小球的落地点与。点的距离为cm；若入射小球的质量为叫，被

撞小球的质量为m2,A、B、C三处落点与。点的距离记作次、OB.0C,则实验需要验证

1.答案：(1)D

(2)钢球1；钢球2

(3)22.10；mr-OB-ml-OA+m2-OC

解析：(1)A.为保证小球水平飞出，轨道末端必须水平，不必须选择光滑的斜槽，故A错误；

B.铅垂线有助于标记抛出点在水平面上的位置，故B错误；

C.小球每次平抛运动的时间均相等，不需要测量高度，故C错误；

D.同一组实验中，为保证小球到达斜槽底端的速度相同，入射小球必须从同一高度释放，故D

正确。

故选D。

(2)为减小实验误差，应选择钢球，为避免反弹，入射小球的质量一定要大于被撞小球，结

合题意，入射小球选择钢球1,被撞小球选择钢球2。

(3)如图，3处对应小球的落地点与。点的距离为22.10cm。小球运动时间均相等，根据动

量守恒

OBOAOC

叫--=网----l-m2----

则实验需要验证的等式为mlOB^mlOA+m2OC

2.某同学设计了一个如图所示的实验装置验证动量守恒定律。小球A底部竖直地粘住一片宽度

为d的遮光条，用悬线悬挂在。点。光电门固定在。点正下方铁架台的托杆上，小球3放在

竖直支撑杆上，杆下方悬挂一重锤，小球A(包含遮光条)和3的质量用天平测出分别为加A、

mB,拉起小球A一定角度后释放，两小球碰撞前瞬间，遮光条刚好通过光电门，碰后小球3

做平抛运动而落地，小球A反弹右摆一定角度，计时器的两次示数分别为:、小球3离地

面的高度为力，小球3平抛的水平位移为X。

(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是(填正确答案标号)。

A.小球A的质量要大于小球3的质量

B.要使小球A和小球B发生对心碰撞

C.应使小球A由静止释放

(2)某次测量实验中，该同学测量数据如下：d=0.3cm,h=0.8m,x=0.4m,=0.0010s,

%=0.0030s,重力加速度g取lOm/sz,若小球A（包含遮光条）与小球B的质量之比为叫：啊=

,则动量守恒定律得到验证，根据数据可以得知小球A和小球B发生的碰撞是

（填“弹性”或“非弹性”）碰撞。

2.答案：（1）B

（2）1:4;非弹性

解析：（1）A.根据题意可知，碰撞后入射球反弹，则要求入射球A的质量小于被碰球3的质

量，故A错误；

B.实验时要使小球A和小球B发生对心碰撞，故B正确；

C.由于碰撞前后小球A的速度由光电门测出，则小球A释放不一定从静止开始，故C错误。

故选B。

（2）碰撞前后小球A的速度由光电门测出，则有匕=«=0-3xl°-m/s=3m/s

40.0010

，d0.3x10-2

%=Tm/s=Im/s

b20.0030

设小球3碰撞后的速度为为，根据平抛运动规律有/2=gg/，x=xy

解得％=-=I=m^s=lm/s

I2h2x0.8

Vio

若碰撞前后动量守恒，则有mAvx=mAj+mBv2

解得吆二二^=!

mB%+v/4

碰撞前系统的动能为g=4.5也

而碰撞后系统的动能为与=；加/：2+；%学=2.5mA

由于&＞后2

小球A和小球B发生的碰撞是非弹性碰撞。

实验十：用单摆测定重力加速度

考点平均卷面分：9；考查频次：中。

【知识梳理】

一、实验原理

由单摆的周期公式T=2m"]，可得出g=¥，l,测出单摆的摆长1和振动周期T,就可求出当地

\lgT-

的重力加速度go

二、实验器材：

单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表。

三、实验步骤

(1)做单摆：取约1m长的细丝线穿过带中心孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然

后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，让摆球自然下垂，如图所示。

(2)测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L(精确到毫米)，用游标卡尺测出摆球直径D,则单

摆的摆长1=L+?。

(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5。)，然后释放摆球，记下单摆摆动30〜

50次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即单摆的振动周期。

(4)改变摆长，重做几次实验。

四、数据处理

(1)公式法：gW。

/4；1

淳

(K--------------

(2)图象法：画图象。

g=4Ak=[=M

五、注意事项

(1)悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。

(2)单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5。。

(3)选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数。

(4)摆球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L,用游标卡尺测量小球的直径，然后算出

摆球的半径r,贝IJ摆长l=L+r„

(5)选用1m左右的细线。

【试题练习】

3.某同学用如图所示装置测量重力加速度.铁架台上固定着光电门43,小铁球被吸在电磁铁

上，调节光电门的位置，使小球下落时球心正好通过光电门.两光电门与数字计时器相连，能

记录小球从光电门A运动到光电门B的时间.

/何

电磁铁rM~iA

I

光电门占二］B2cm

,产।111卜I|111111

0510

甲乙

(1)用游标卡尺测量小球直径，读数如图乙所示，则小球的直径为。=cm；

(2)给电磁铁断电，小球自由下落，测得小球通过光电门43及从光电门A到光电门3的

时间分别为小灰和加，测得当地的重力加速度g=(用以、品和如和d表示);

(3)改变实验方法，给电磁铁断电，小球自由下落，测得小球通过光电门5所用的时间/,

同时用刻度尺测出两光电门间的高度差加保持电磁铁和光电门A的位置不变，调节光电门3

的位置，重复实验，测得多组/和力，作士―丸图像，得到图像的斜率为左，测得当地的重力加

t

速度g=(用k,d表示).

3.答案：(1)1.05(2)——(3)皎

解析：(1)用游标卡尺测小球直径为1cm+5x0.01cm=1.05cm；

.dd_汨d(11、

(2)由—AB，信g------；

'AtAB^tBtA?

（3）由］4］］丫2=2劭得,=匕+次/7,结合题意知，『k，解得g=&L

UJat2d-d2d22

4.（1）某小组用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示。若测出单摆30次全振动的时间

/、摆线长/、摆球直径力则当地的重力加速度g=（用测出的物理量表示）。

某同学用一个铁锁代替小球做实验。只改变摆线的长度，测量了摆线长度/不同时单摆的周期

T,该同学后续测量了多组实验数据做出了T2T图像，该图像对应图中^______

该同学用图像法处理数据，若不考虑测量误准，计算均无误，算出重力加速度g的测量值，与

重力加速度g真实值相比是的（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。

（2）另外一个实验小组设计了如图2所示的实验装置测速度并验证动量守恒定律。图中水平

桌面上放置气垫导轨，导轨上有光电门1和光电门2,它们与数字计时器相连，弹性滑块4

3质量分别为加八%两遮光片沿运动方向的宽度均为d,让3保持静止，轻推A,实验中

为确保碰撞后滑块A继续向前运动，则叫、叫应满足的关系是叫（填“大于”“等于"

或“小于”）mBo

实验先调节气垫导轨成水平状态，再轻推滑块4测得A通过光电门1的遮光时间为％,A与

3相碰后，3和A先后经过光电门2的遮光时间分别为马和明在实验误差允许的范围内，若

满足关系式（用字母加A、7%、4、与、才3表示），则可认为验证了动量守恒定律。

4.答案：（1）18。加2"）；B；相同（2）大于；外=丝+”

t1乙’2’3

解析：（1）摆长为工=/+四，周期为T=2_,根据单摆的周期公式T=2兀匹，可得当地的重

230[g

力力口速度g=180°/（2/+O；将周期公式