高考物理复习第六章动量动量守恒定律实验七验证动量守恒定律

第六章动量动量守恒定律试验七验证动量守恒定律1/36过好双基关2/361.试验原理在一维碰撞中，测出物体质量m和碰撞前、后物体速度v、v′，算出碰撞前动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等.2.试验器材斜槽、小球(两个)、

、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线.基本试验要求天平3/363.试验步骤(1)用天平测出两小球质量，并选定质量大小球为入射小球.(2)按照如图1甲所表示安装试验装置.调整、固定斜槽使斜槽底端水平.(3)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.图14/36(4)不放被撞小球，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小球全部落点都圈在里面.圆心P就是小球落点平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端，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.如图乙所表示.5/36(6)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________________________，看在误差允许范围内是否成立.(7)整理好试验器材，放回原处.(8)试验结论：在试验误差允许范围内，碰撞系统动量守恒.6/361.数据处理验证表示式：2.注意事项(1)斜槽末端切线必须

；(2)入射小球每次都必须从斜槽

高度由

释放；(3)选质量较

小球作为入射小球；(4)试验过程中试验桌、斜槽、统计白纸位置要一直保持不变.规律方法总结水平同一静止大7/36研透命题点8/36例1

如图2所表示，用“碰撞试验器”能够验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后动量关系.命题点一教材原型试验基础考点自主悟透解析图2(1)试验中直接测定小球碰撞前后速度是不轻易，但能够经过仅测量

(填选项前符号)间接地处理这个问题.A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面高度HC.小球做平抛运动射程答案√9/3610/36(2)图中O点是小球抛出点在地面上垂直投影.试验时，先让入射球m1屡次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点位置P，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球m2静置于轨道水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并屡次重复.接下来要完成必要步骤是

.(填选项前符号)A.用天平测量两个小球质量m1、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.测量抛出点距地面高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点位置M、NE.测量平抛射程OM、ON答案解析√√√11/36解析由表示式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E.12/36(3)经测定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点平均位置距O点距离如图3所表示.碰撞前后m1动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝

∶11；若碰撞结束时m2动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶

.试验结果说明，碰撞前后总动量比值

＝

.答案解析图3142.91.0113/36联立可得p1∶p1′＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11，14/36(4)有同学认为，在上述试验中仅更换两个小球材质，其它条件不变，能够使被碰小球做平抛运动射程增大.请你用(3)中已知数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON最大值为

cm.答案解析76.8015/36变式1在“验证动量守恒定律”试验中，已经有试验器材有：斜槽轨道、大小相等质量不一样小钢球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、圆规.试验装置及试验中小球运动轨迹及落点情况简图如图4所表示.试依据试验要求完成以下填空：(1)试验前，轨道调整应注意

.解析解析因为要确保两球发生弹性碰撞后做平抛运动，即初速度沿水平方向，所以必需确保槽末端切线是水平.图4答案槽末端切线是水平16/36(2)试验中重复屡次让a球从斜槽上释放，应尤其注意_________________

.解析解析因为试验要重复进行屡次以确定同一个弹性碰撞后两小球落点确实切位置，所以每次碰撞前入射球a速度必须相同，依据

所以每次必须让a球从同一高处静止释放滚下.答案让a球从同一高处静止释放滚下17/36(3)试验中还缺乏测量器材有

.解析解析要验证mav0＝mav1＋mbv2，因为碰撞前后入射球和被碰球从同一高度同时做平抛运动时间相同，故可验证mav0t＝mav1t＋mbv2t，而v0t＝OP，v1t＝OM，v2t＝ON，故只需验证ma·OP＝ma·OM＋mb·ON，所以要测量a球质量ma和b球质量mb，故需要天平；要测量两球平抛时水平方向位移即线段OP、OM和ON长度，故需要刻度尺.答案天平、刻度尺18/36(4)试验中需要测量物理量是____________________________________

.解析解析由(3)解析可知试验中需测量物理量是a球质量ma和b球质量mb，线段OP、OM和ON长度.答案a球质量ma和b球质量mb，线段OP、OM和ON长度19/36(5)若该碰撞过程中动量守恒，则一定相关系式

成立.解析解析由(3)解析可知若该碰撞过程中动量守恒，则一定相关系式ma·OP＝ma·OM＋mb·ON.答案ma·OP＝ma·OM＋mb·ON20/36创新方案1：利用气垫导轨1.试验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等.2.试验方法(1)测质量：用天平测出两滑块质量.(2)安装：按图5安装并调好试验装置.命题点二试验方案创新能力考点师生共研图521/36(3)试验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后速度(比如：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.22/36例2

(·新课标全国卷Ⅱ·35(2))现利用图6(a)所表示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)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)能够统计遮光片经过光电门时间.答案解析图6试验测得滑块A质量m1＝0.310kg，滑块B质量m2＝0.108kg，遮光片宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电频率f＝50.0Hz.将光电门固定在滑块B右侧，开启打点计时器，给滑块A一向右初速度，使它与B相碰.碰后光电计时器显示时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出纸带如图(b)所表示.若试验允许相对误差绝对值(×100%)最大为5%，本试验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程.答案看法析23/36解析按定义，滑块运动瞬时速度大小v为式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过旅程设纸带上相邻两点时间间隔为ΔtA，则ΔtA可视为很短.设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和图给试验数据代入①式可得v0＝2.00m/s ③24/36v1＝0.970m/s ④设滑块B在碰撞后速度大小为v2，由①式有

代入题给试验数据得v2≈2.86m/s ⑥设两滑块在碰撞前、后动量分别为p和p′，则

p＝m1v0 ⑦p′＝m1v1＋m2v2 ⑧两滑块在碰撞前、后总动量相对误差绝对值为

25/36联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入相关数据，得δp≈1.7%<5%所以，本试验在允许误差范围内验证了动量守恒定律.26/36创新方案2：利用等长悬线悬挂等大小球1.试验器材：小球两个(大小相同，质量不一样)、悬线、天平、量角器等.2.试验方法(1)测质量：用天平测出两小球质量.(2)安装：如图7所表示，把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.图727/36(3)试验：一个小球静止，将另一个小球拉开一定角度释放，两小球相碰.(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.28/36例3如图8所表示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右端接触且两球等高.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.另外：答案解析图8(1)还需要测量量是________________________、________和_______________________.

弹性球1、2质量m1、m2立柱高h

桌面离水平地面高度H29/36解析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和桌面离水平地面高度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m2和立柱高h、桌面离水平地面高度H就能求出弹性球2动量改变.30/36(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)答案解析解析依据(1)解析能够写出动量守恒方程31/36创新方案3：利用光滑长木板上两车碰撞1.试验器材：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、小木片.2.试验方法(1)测质量：用天平测出两小车质量.(2)安装：如图9所表示，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，连在小车甲后面，在甲、乙两小车碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.长木板下垫上小木片来平衡摩擦力.图932/36(3)试验：接通电源，让小车甲运动，小车乙静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一体运动.(4)测速度：能够测量纸带上对应距离，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.33/36例4某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量试验：在小车甲前端粘有橡皮泥，推进小车甲使之做匀速直线运动.然后与原来静止在前方小车乙相碰并粘合成一体，而后两车继续做匀速直线运动，他设计详细装置如图10所表示.在小车甲后连着纸带，打点计时器打点频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.图10(1