高考物理总复习第六章碰撞与动量守恒实验七验证动量守恒定律材料

试验七验证动量守恒定律1/33方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞试验(如图1所表示)图12/331.测质量：用

测出滑块质量。2.安装：正确安装好气垫导轨。3.试验：接通电源，利用配套光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后

(①改变滑块质量。②改变滑块初速度大小和方向)。4.验证：一维碰撞中动量守恒。天平速度3/33方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞试验(如图2所表示)图24/331.测质量：用天平测出两小球质量m1、m2。2.安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3.试验：一个小球

，拉起另一个小球，放下后它们

。4.测速度：能够测量小球被拉起角度，从而算出碰撞前对应小球速度，测量碰撞后小球摆起角度，算出碰撞后对应小球

。5.改变条件：改变碰撞条件，重复试验。6.验证：一维碰撞中动量守恒。静止相碰速度5/33方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞试验(如图3所表示)图36/331.测质量：用天平测出两小车

。2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车后面，在两小车碰撞端分别装上

和橡皮泥。3.试验：接通

，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成整体运动。4.测速度：经过纸带上两计数点间

及时间由v＝

算出速度。5.改变条件：改变碰撞条件，重复试验。6.验证：一维碰撞中动量守恒。质量撞针电源距离7/33方案四：利用斜槽上滚下小球验证动量守恒定律(如图4所表示)图48/331.测质量：用天平测出两小球质量，并选定质量大小球为入射小球。2.安装：按照图4所表示安装试验装置。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。记下重垂线所指位置O。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。用圆规画尽可能小圆把全部小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点平均位置。9/335.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，重复试验10次。用步骤4方法，标出碰后入射小球落点平均位置M和被撞小球落点平均位置N。如图5所表示。6.验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON长度。将测量数据填入表中，最终代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许范围内是否成立。图510/33

误差分析 (1)系统误差：主要起源于装置本身是否符合要求。

①碰撞是否为一维碰撞。

②试验是否满足动量守恒条件，如气垫导轨是否水平等。 (2)偶然误差：主要起源于质量m和速度v测量。11/33

注意事项 (1)碰撞两物体应确保“水平”和“正碰”。 (2)若利用气垫导轨进行试验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (3)若利用摆球进行试验，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平面内。 (4)若利用长木板进行试验，可在长木板下垫一个小木片以平衡摩擦力。 (5)若利用斜槽进行试验，入射球质量m1要大于被碰球质量m2，即m1>m2，预防碰后m1被反弹，且两球半径r1＝r2＝r。12/33热点一教材原型试验【例1】某同学用如图6甲所表示装置来验证动量守恒定律，试验时先让小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上统计纸上留下痕迹，重复10次；然后再把小球b静置在斜槽轨道末端，让小球a仍从原固定点由静止开始滚下，和小球b相碰后，两球分别落在统计纸不一样位置处，重复10次。回答以下问题：图613/3314/33答案(1)保持水平(2)>＝(3)A

C(4)B解析(1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装试验器材时斜槽末端必须保持水平，才能使小球做平抛运动。(2)为预防在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球a质量ma应该大于被碰小球b质量mb。为确保两个小球碰撞是对心碰撞，两个小球半径应相等。(3)由题图甲所表示装置可知，小球a和小球b相碰后，依据动量守恒和能量守恒可知小球b速度大于小球a速度。由此可判断碰后小球a、b落点位置分别为A、C点。15/33【变式训练1】某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中不变量”试验，在小车A前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止小车B相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图7所表示。在小车A后面连着纸带，电磁打点计时器频率为50Hz。图716/33(1)若已得到打点纸带如图8所表示，并测得各计数点间距离。则应选图中________段来计算A碰前速度，应选________段来计算A和B碰后速度。(2)已测得小车A质量mA＝0.40kg，小车B质量mB＝0.20kg，则由以上结果可得碰前mAvA＋mBvB＝________kg·m/s，碰后mAvA′＋mBvB′＝________kg·m/s。(3)从试验数据处理结果来看，A、B碰撞过程中，可能哪个物理量是不变？_____________________________________________________________________。图817/33解析(1)因为小车A与B碰撞前、后都做匀速运动，且碰后A与B黏在一起，其共同速度比A原来速度小。所以，应选点迹分布均匀且点距较大BC段计算A碰前速度，选点迹分布均匀且点距较小DE段计算A和B碰后速度。(2)由题图可知，碰前A速度和碰后A、B共同速度分别为：故碰撞前：mAvA＋mBvB＝0.40×1.05kg·m/s＋0.20×0kg·m/s＝0.420kg·m/s。碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝(mA＋mB)vA′＝(0.40＋0.20)×0.695kg·m/s＝0.417kg·m/s。(3)数据处理表明，mAvA＋mBvB≈mAvA′＋mBvB′，即在试验误差允许范围内，A、B碰撞前后总物理量mv是不变。答案

(1)BC

DE

(2)0.420

0.417

(3)mv18/33【例2】如图9是用来验证动量守恒试验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子边缘有一竖直立柱。试验时，调整悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上球2接触且两球等高。将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上。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C点。测出相关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒。现已测出A点离水平桌面距离为a、B点离水平桌面距离为b，C点与桌子边缘间水平距离为c。此处，(1)还需要测量量是________、________和________。(2)依据测量数据，该试验中动量守恒表示式为________________。(忽略小球大小)图919/33解析(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后动量改变，依据弹性球1碰撞前后高度a和b，由机械能守恒能够求出碰撞前后速度，故只要再测量弹性球1质量m1，就能求出弹性球1动量改变；依据平抛运动规律只要测出立柱高h和桌面高H就能够求出弹性球2碰撞前后速度改变，故只要测量弹性球2质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2动量改变。(2)依据(1)解析能够写出动量守恒方程20/33【变式训练2】某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律试验。气垫导轨装置如图10(a)所表示，所用气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨两个工作面上均匀分布着一定数量小孔，向导轨空腔内不停通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这么就大大减小了因滑块和导轨之间摩擦而引发误差。图1021/33(1)下面是试验主要步骤：①安装好气垫导轨，调整气垫导轨调整旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1左端，调整打点计时器高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带一直在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨中间；⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想纸带如图(b)所表示；22/33⑧测得滑块1质量为310g，滑块2(包含橡皮泥)质量为205g。完善试验步骤⑥内容。(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统总动量为________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统总动量为________kg·m/s。(结果均保留3位有效数字)(3)试说明(2)中两结果不完全相等主要原因是__________________________________________________________________________________________________。23/33解析(1)使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器电源，后释放滑块1。(3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力作用。答案(1)接通打点计时器电源释放滑块1(2)0.620

0.618

(3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力作用24/33A.悬挂两球线长度要适当，且等长B.由静止释放小球方便较准确地计算小球碰前速度C.两小球必须都是刚性球，且质量相同D.两小球碰后能够粘合在一起共同运动1.(多项选择)如图11在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律试验中，以下说法正确是(

)图1125/33答案ABD26/332.(·湖南三湘大联考)气垫导轨是惯用一个试验仪器。它是利用气泵使带孔导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在水平导轨上，滑块在导轨上运动可视为没有摩擦。我们能够用带竖直挡板C和D气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，试验装置如图12所表示(弹簧长度忽略不计)，试验步骤以下：图1227/33a.用天平分别测出滑块A、B质量mA、mB。b.调整气垫导轨，使导轨处于水平状态。c.在A和B之间放入一个被压缩轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。d.用刻度尺测出A左端到C距离L1。e.按下电钮，放开卡销，同时使分别统计滑块A、B运动时间计时器开始工作。当滑块A、B分别碰撞挡板C、D时停顿计时，记下滑块A抵达挡板C和滑块B抵达挡板D运动时间t1和t2。28/33(1)试验中还应测量物理量是________________。(2)利用上述测量试验数据，可得出验证动量守恒定律表示式是________________。(3)上式中算得滑块A、B动量大小并不完全相等，产生误差原因可能是____________________________________________________________________________________________________________________________。(最少写出两点)29/33(3)产生误差原因可能是测量mA、mB、L1、L2、t1、t2时带来误差；气垫导轨不水平；滑块与气垫导轨间有摩擦。30/333.某同学用如图13所表示装置经过半径相同A、B两球碰撞来探究碰撞过程中不变量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，试验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面统计纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在统计纸上留下各自落点痕迹。重复这种操作10次。图中O点是水平槽末端R在统计纸上垂直投影点。图1331/33(1)