2022届高考物理一轮复习实验七验证动量守恒定律学案新人教版

word 文档 - 1 - / 15 实验七 验证动量守恒定律 实验溯本求源 【利用气垫导轨验证动量守恒定律】 ①测质量：用天平测出两滑块的质量． ②安装：正确安装好气垫导轨． ③测速：测出两滑块碰撞前、后的速度. 【用两摆球碰撞验证动量守恒定律】 ①测质量：用天平测出两球的质量． ②安装：把两个等大的小球用等长悬线悬挂起来． ③实验：一个小球静止，拉起另一个小球，然后松手，两球相碰． ④测速：测碰撞后小球摆起的角度，算出对应的小球速度． word 文档 - 2 - / 15 【利用打点计时器验证动量守恒定律】 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桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车 A 的 后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥． 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 小车连接成整体，随后两车一起运动． ④测速：通过纸带上两计数点间的距离及打下两计数点的时间，由 v＝△ △ 算出两车碰撞前 后的速度. 【利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律】 ①测质量：用天平测出两小球的质量，且 m 入射>m 被碰． ②安装：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 O. ④找平均位置点：每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，小球滚下 10 次，用 word 文档 - 3 - / 15 圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，找圆心；再将被碰小球放在图示位置处使其 被入射小球碰撞后落下(入射小球的起始位置始终不变)，经过 10 次碰撞后，用同样的方法找 入射小球和被碰小球落点所在最小圆的圆心． ⑤测距离：用刻度尺量出 O 到所找圆心的距离. ●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． (2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到长木板的摩擦力，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． ●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)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上．将摆球拉起 后，两摆线应在同一竖直面内． (3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力． (4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平， word 文档 - 4 - / 15 且选质量较大的小球为入射小球. 实验热点探究 考点一 教材原型实验 题型 1 利用气垫导轨验证动量守恒 例 1 某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律” 的实验．实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平 ②测得 A 和 B 两滑块上遮光片的宽度均为 d ③得到 A、B 两滑块(包含遮光片)的质量 m1、m2 ④向气垫导轨通入压缩空气 ⑤利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块 A、B 分别向右和向左运动，测出滑块 A、B 在 碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为Δt1 和Δt2 ⑥观察发现滑块 A、B 碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块 B 碰撞前运动方向相 同，此后滑块 A 再次经过光电门时挡光时间为Δt 试解答下列问题： (1)碰撞前 A 滑块的速度大小为________，碰撞前 B 滑块的速度大小为________． word 文档 - 5 - / 15 (2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：________________________(用题中物 理量表示)． (3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能．请用上述实验过程测 出的相关物理量，表示出 A、B 系统在碰撞过程中损失的机械能ΔE＝_______. 题型 2|用打点计时器验证动量守恒定律 例 2 某实验小组同学为“验证动量守恒定律”设置实验装置如图甲所示，放在长木板上 的小车 A 的前端粘有橡皮泥，现推动小车 A 使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车 B 相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车 A 后连接纸带，电磁打点计时器的电源频率 为 50 Hz. (1)下列说法正确的是________． A．需在长木板右端下面适当位置处垫放小木块用以平衡摩擦力 B．实验中 A 车的质量必须大于 B 车的质量 C．两车分别装上橡皮泥和撞针是为了碰撞后使两车粘在一起 D．实验时先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源 (2)现获得一条纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)．a 为运动起始的第一 点，则应选________段来计算 A 车的碰前速度，应选________段来计算 A 车和 B 车碰后的共同 速度(填“ab”“bc”“cd”或“de”)． word 文档 - 6 - / 15 (3)已测得小车 A 的质量 m1＝0.35 kg，小车 B 的质量 m2 (计算结果保留三位有效数字)． 题型 3 用摆球的碰撞验证动量守恒定律 例 3 [2021·某某三校联考]某研究小组设计了如下实验来验证动量守恒定律：两条相同的 竖直细线分别挂着两个等体积小球，质量分别是 m1 和 m2，中间夹有一轻弹簧，再用一细线 穿过弹簧连接两球，弹簧处于压缩状态但不与小球连接，用火烧断穿过弹簧的细线，两球分 别向左、右运动，测出它们最大的摆角分别为α、β如图所示． (1)实验过程中，________(选填“有”或“没有”)必要测出竖直细线的长度． (2)理论上，质量大的小球摆角______(选填“大”或“小”)． (3)试写出验证动量守恒的表达式：________________.(用题中所给物理量表示) 题型 4|利用斜槽轨道验证动量守恒 例 4 [2021·丰台二模]在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学采用如图所示的“碰撞 实验器”来验证动量守恒定律． (1)实验中，斜槽轨道末端________(填选项前的字母)． word 文档 - 7 - / 15 A．必须水平 B．要向上倾斜 C．要向下倾斜 (2)若入射小球质量为 m1 ，半径为 r1 ；被碰小球质量为 m2 ，半径为 r2.实验要求 m1________m2，r1________r2.(均选填“＞”“＜”或“＝”) (3)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影．实验时，先让入射小球多次从斜槽上 S 位置由静止释放，找到其落地点的平均位置 P，测量平抛射程 OP.然后，把被碰小球静置于轨 道水平部分的末端，再将入射小球从斜槽上 S 位置由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重 复．空气阻力忽略不计．接下来要完成的必要步骤是________(填选项前的字母)． A．测量两个小球的质量 m1、m2 B．测量入射小球开始释放时的高度 h C．测量抛出点距地面的高度 H D．分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置 M、N E．测量平抛射程 OM、ON (4)若两球相碰前后的动量守恒，则其表达式为________________；若碰撞是弹性碰撞，则 还可以写出的表达式为________________________．(用上一问中测量的量表示) 练 1 [2020·某某模拟]某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证 动量守恒定律的实验中，用到两个相同的光电门 1 和光电门 2 及质量分别为 400 g、200 g 的滑块 A 和 B，两滑块上分别固定有宽度相同的长方形遮光片，部分实验操作如下： word 文档 - 8 - / 15 (1)用精确度为 0.02 mm 的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如图甲所示，其读数为 ________ cm.某次测量中，数字计时器记录的遮光片通过光电门的时间为 40.0 ms，则滑块经 过光电门时的速度大小为________ m/s(计算结果保留 3 位有效数字)． (2)研究两个滑块的弹性碰撞：实验中给某个静止滑块适当的初速度，使其从左向右运动， 与另一静止的滑块发生弹性碰撞，碰后两滑块的速度方向相同．据此判断，实验开始时，气 垫导轨上放置的器材 1、器材 2、器材 3、器材 4(如图乙)从左到右应依次为________． a．光电门 1、滑块 A、滑块 B、光电门 2 b．光电门 1、滑块 B、滑块 A、光电门 2 c．滑块 A、光电门 1、滑块 B、光电门 2 d．滑块 B、光电门 1、滑块 A、光电门 2 (3)研究两个滑块的完全非弹性碰撞：实验中两个滑块碰撞后粘在一起，从左向右先后通 过两个光电门．某次测得遮光片先通过一个光电门的速度大小为 0.309 m/s，后通过另一个光 电门的速度大小为 0.311 m/s.若上述速度大小的差别由单一因素引起，该因素可能是________ 或________． a．遮光片倾斜 b．空气阻力 c．气垫导轨不水平，左低右高 d．气垫导轨不水平，左高右低 word 文档 - 9 - / 15 考点二 实验拓展创新 多维探究 题型 1|实验方案的创新 例 5 [2020·某某质检]某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实 验．光滑的水平平台上的 A 点放置一个光电门．实验步骤如下： A．在小滑块 a 上固定一个窄挡光片； B．用天平测得小滑块 a(含挡光片)和小球 b 的质量分别为 m1、m2； C．a、b 之间用细线连接，中间夹一被压缩的水平轻短弹簧(弹簧未与 a、b 连接)，静止 放置在平台上； D．烧断细线，a、b 被弹开，向相反方向运动； E．记录滑块 a 上挡光片通过光电门的时间 t； F．小球 b 从平台边缘飞出后，落在水平地面上的 B 点，测出平台的上平面距水平地面的 高度 h 及 B 点与平台边缘重垂线之间的水平距离 x0； G．改变弹簧压缩量，进行多次实验． (1)用螺旋测微器测量挡光片的宽度 d，如图乙所示，挡光片的宽度为________ mm. (2)若在误差允许 X 围内，满足 m1 ＝________，则 a、b 与弹簧组成的系统在水平方向上 word 文档 - 10 - / 15 动量守恒．(用上述实验所涉及物理量的字母表示，重力加速度为 g) 题型 2|实验拓展——验证动量定理 例 6 [2020·全国卷Ⅰ，23]某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括： 气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为 d 的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝 码等． 实验步骤如下： (1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮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)用天平测砝码与砝码盘的总质量 m1、滑块(含遮光片)的质量 m2； (3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块； (4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮 光片经过 A、B 两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2 及遮光片从 A 运动到 B 所用的时间 t12； (5)在遮光片随滑块从 A 运动到 B 的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受 拉力，拉力冲量的大小 I＝______，滑块动量改变量的大小Δp＝______；(用题中给出的物理量 及重力加速度 g 表示) (6)某次测量得到的一组数据为：d＝1.000 cm，m1＝1.50×10－2 kg，m2＝0.400 kg，Δ t1＝3.900×10－2 s，Δt2＝1.270×10－2 s，t12＝1.50 s，取 g＝9.80 m/s2.计算可得 I＝ ________N·s，Δp＝________ kg·m·s－1；(结果均保留 3 位有效数字) word 文档 - 11 - / 15 (7)定义δ＝ I −△ I ×100%，本次实验δ＝________%(保留 1 位有效数字)． 练 2 在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示，a、b 是两个半径相等的小球， 按照以下步骤进行操作： ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球 a 从斜槽 轨道上固定点处由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹 O； ②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球 a 从固定点处由静止释放，撞到木板 上得到痕迹 B； ③把小球 b 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球 a 仍从固定点处由静止释放，和 小球 b 相碰后，两球撞在木板上得到痕迹 A 和 C. (1)若碰撞过程中没有机械能损失，为了保证在碰撞过程中 a 球不反弹，a、b 两球的质量 m1、m2 间的关系是 m1________m2.(选填“>”“＝”或“