高考物理实验【验证动量守恒定律】一轮复习资料

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方案三 在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示)
(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． (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， 把两小车连接成一体运动．
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解析：A、B 被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只 要测出 A 与 C 的距离 L1、B 与 D 的距离 L2 及 A 到达 C、B 到达 D 的时间 t1 和 t2，测出 A、B 的质量，就可以探究碰撞中的不变量．
(1)由上述分析可知，实验中还应测量的物理量为：B 的右端至 D 的距离 L2. (2)设向左为正方向，根据所测数据求得 A、B 的速度分别为 vA＝Lt11，vB＝－Lt22，碰 前 A、B 静止，即 v＝0，质量与速度乘积之和为 0，碰后 A、B 的质量与速度乘积之和 为 mAvA＋mBvB＝mALt11－mBLt22；若设向右为正方向，同理可得碰后 A、B 的质量与速度 乘积之和为 mBLt22－mALt11.
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C 实验 基础 考法
考法一 实验原理与操作
某同学用如图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让小球 a 从斜槽 轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下痕迹，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，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次．回答下列问题：
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C 实验 基础 落实
一、基本实验要求 1．实验目的 验证动量守恒定律． 2．实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量 m 和碰撞前后物体的速度 v、v′，算出碰撞前的动 量 p＝m1v1＋m2v2 及碰撞后的动量 p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是气垫导轨、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、橡皮泥等． 方案二 带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等． 方案三 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥等． 方案四 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等．
接下来要完成的必要步骤是________．(填选项前的符号) A．用天平测量两个小球的质量 m1、m2 B．测量小球 m1 开始释放高度 h C．测量抛出点距地面的高度 H D．分别找到 m1、m2 相碰后平均落地点的位置 M、N E．测量平抛射程 OM、ON
(4)小球下落高度一样，所以在空中的运动时间 t 相等，若碰撞过程满足动量守恒， 则应有 mav0＝mava＋mbvb，两边同乘以时间 t 可得 mav0t＝mavat＋mbvbt，即有 ma· OB ＝ma· OA ＋mb· OC ，故选项 B 正确．
答案：(1)保持水平 (2)> ＝ (3)A C (4)B
A．小球开始释放高度 h B．小球抛出点距地面的高度 H C．小球做平抛运动的射程
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(2)(多选)图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球 m1 多次 从倾斜轨道上 S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程 OP，然后， 把被碰小球 m2 静置于轨道的水平部分，再将入射球 m1 从斜轨上 S 位置静止释放，与小 球 m2 相碰，并多次重复．
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4．实验步骤 方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示)
(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． (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改变滑块的质量．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．
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解析：(2)还需用天平测滑块的质量． (3)两滑块脱离弹簧的速度为 v1＝lt11，v2＝lt22， 由动量守恒得 m1v1＝m2v2，即 m1lt11＝m2lt22. 答案：(1)cbda (2)天平 A、B 两滑块的质量 m1、m2 (3)m1lt11＝m2lt22
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2．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成 气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．现用带竖直挡板 C、 D 的气垫导轨和滑块 A、B 探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示．
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(1)实验中还应测量的物理量及其符号是____________________________． (2)作用前 A、B 质量与速度乘积之和为________；作用后 A、B 质量与速度乘积之 和为___________． (3)作用前、后 A、B 质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有_________ _____________________________________________________(至少答出两点)．
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(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 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．
(7)结束：整理好实验器材放回原处．
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二、规律方法总结 1．速度的测量 方案一 滑块速度的测量：v＝ΔΔxt ，式中 Δx 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给 出，也可直接测量)，Δt 为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间． 方案二 摆球速度的测量：v＝ 2gh，式中 h 为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度， h 可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)． 方案三 小车速度的测量：v＝ΔΔxt ，式中 Δx 是纸带上两计数点间的距离，可用刻度 尺测量，Δt 为小车经过 Δx 的时间，可由打点间隔算出．
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(3)产生误差的原因：①L1、L2、t1、t2、mA、mB 的数据测量误差；②没有考虑弹簧 推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦 力；④气垫导轨可能不完全水平．
答案：(1)B 的右端至 D 的距离 L2 (2)0 mALt11－mBLt22或mBLt22－mALt11 (3)见解析
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(1)在安装实验器材时斜槽的末端应________________________________． (2)小球 a、b 质量 ma、mb 的大小关系应满足 ma________mb，两球的半径应满足 ra________rb.(均选填“>”“<”或“＝”) (3)本实验中小球平均落地点的位置距 O 点的距离如图乙所示，小球 a、b 碰后的平 均落地点依次是图乙中的________点和________点． (4)在本实验中，验证动量守恒的式子是下列选项中的________． A．ma OC ＝ma OA ＋mb OB B．ma OB ＝ma OA ＋mb OC C．ma OA ＝ma OB ＋mb OC
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采用的实验步骤如下： a．用天平分别测出 A、B 的质量 mA、mB； b．调整气垫导轨，使导轨处于水平； c．在 A 和 B 间放入一个被压缩的轻弹簧，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 的左端至挡板 C 的距离 L1； e．按下电钮放开卡销，同时分别记录 A、B 运动时间的计时器开始工作，当 A、B 分别碰撞 C、D 时计时结束，记下 A、B 分别到达 C、D 的运动时间 t1 和 t2.
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1．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成 气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦，我们可以用带竖直 挡板 C 和 D 的气垫导轨和滑块 A 和 B 验证动量守恒定律，实验装置如图所示，采用的 实验步骤如下：
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a．松开手的同时，记录滑块 A、B 运动时间的计时器开始工作，当 A、B 滑块分别 碰到 C、D 挡板时计时器结束计时，分别记下 A、B 到达 C、D 的运动时间 t1 和 t2.
b．在 A、B 间水平放入一个轻弹簧，用手压住 A、B 使弹簧压缩，放置在气垫导轨 上，并让它静止在某个位置．
c．给导轨送气，调整气垫导轨，使导轨处于水平． d．用刻度尺测出 A 的左端至 C 板的距离 l1，B 的右端至 D 板的距离 l2. (1)实验步骤的正确顺序是____________． (2)实验中还需要的测量仪器是__________，还需要测量的物理量是____________． (3)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是____________．
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2．验证的表达式 方案一、二、三：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′. 方案四 m1·OP＝m1·OM＋m2·ON 3．注意事项 (1)前提条件 碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
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(2)方案提醒 ①若利用气垫导轨进行实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平． ②若利用摆球进行实验，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面内． ③若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力． ④若利用斜槽小球碰撞应注意： (ⅰ)斜槽末端的切线必须水平； (ⅱ)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放； (ⅲ)选质量较大的小球作为入射小球； (ⅳ)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．
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(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由 v＝ΔΔxt 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．
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方案四 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(如图所示)
(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：按照图中所示安装实验装置．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．记下重锤线所指的位置 O.
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(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．
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3．如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平 部分碰撞前后的动量关系．
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(1) 实 验 中 ， 直 接 测 定 小 球 碰 撞 前 后 的 速 度 是 不 容 易 的 ． 但 是 ， 可 以 通 过 仅 测 量 ________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题．
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方案二 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示) (1)测质量：用天平测出两小球的质量 m1、m2. (2)安装：把两个等大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，放下时它们相碰． (4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应 小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度． (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．
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解析：(1)小球离开轨道后应做平抛运动，所以在安装实验器材时斜槽的末端必须保 持水平，才能使小球做平抛运动．
(2)为防止在碰撞过程中入射小球被反弹，入射小球 a 的质量 ma 应该大于被碰小球 b 的质量 mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径应相等．
(3)由题图甲所示装置可知，小球 a 和小球 b 相碰后，根据动量守恒和能量守恒可知 小球 b 的速度大于小球 a 的速度．由此可判断碰后小球 a、b 的落点位置分别为 A、C 点．