【得分宝典】高中物理 实验过关专题六

得分宝典之高中物理实验过关专题六

典例解析

例1某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律.图中两摆摆长相同，悬挂于同一高度，A、B两摆球均很小，质量之比为1∶2。当两摆均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触。向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成45°角，然后将其由静止释放。结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30°。若本实验允许的最大误差为±4%，此实验是否成功地验证了动量守恒定律。

高考真题解析

1．（2011北京）如图2，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。

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

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

②图2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1m 多次从斜轨上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

2m 静止于轨道的水平部分，再将入射球

1m 从斜轨上S 位置静止释放，与小球2m 相碰，并多次重复。 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

1m 、2m B ．测量小球1m 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12m m ，相碰后平均落地点的位置M 、N

E ．测量平抛射程ＯＭ，ＯＮ

③若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 （用②中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足的表达式为 （用②中测量的量表示）。

④经测定，127.5m m g ==45.0g,，小球落地点的

平均位置距Ｏ点的距离如图３所示。

碰撞前、后1m 的动量分别为1p 与1p '，则1p ： 1p '

= ：11；若碰撞结束时m2的动量为

p '２，则1p ' ‘： p '２ =11：

实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为

⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平

抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球2m 平抛运动射程ON 的最大值为 cm 。

动能守恒的表达式是222211*********v m v m v m '+'=，所以若两球相碰前后的动量守恒，则

OP m ON m OM m ⋅=⋅+⋅121 成立，若碰撞是弹性碰撞，动能守恒则212221OP m ON m OM m ⋅=⋅+⋅成立。

④碰撞前后m1动量之比111420.3580.4411==='OM OP p p ，9.21168.555.720.350.452121=⨯⨯==''ON m OM m p p ，

01.168.555.720.354580.440.45211211=⨯+⨯⨯=+='+'ON m OM m OP m p p p 。

⑤发生弹性碰撞时，被碰小球获得的速度最大，根据动量守恒和动能守恒，

221111v m v m v m '+'=， 222211*********v m v m v m '+'=，联立解得

121122v m m m v +='，因此，最大射程为cm

cm 80.7680.445.745452=⨯+⨯。

答案：①C ②ADE 或DAE 或DEA

③OP m ON m OM m ⨯=⨯+⨯121 212221OP m ON m OM

m ⨯=⨯+⨯

④14 2．9 1～1．01

⑤76.8

过关测试

1．（2012广西玉林联考）在“验证动量守恒定律”的实验中．已有的实验器材有：斜槽轨道，大小相等质量不同的小钢球两个，重垂线一条，白纸，复写纸，圆规。实验装置及实

验中小球运动轨迹及落点的情况简图如右图所示。

试根据实验要求完成下列填空：

（1）实验前，轨道的调节应注意；

（2）实验中重复多次让a球从斜槽上释放，应特别注

意；

（3）实验中还缺少的测量器材有：；

（4）实验中需测量的物理量是________ ；

（5）若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式____ 成立。

1．（1）槽的末端点的切线是水平的

（2）让a球从同一高处静止释放滚下

（3）天平、刻度尺

（4）a、b球的质量m1m2，线段OM OP ON的长度

（5）m1OP=m1OM+m2ON

2．某同学用图16－1－7所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞过程中的不变量．图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验开始先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，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的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B 球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图16－1－7中O点是水平槽

图16－1－7 图16－1－8

末端R在记录纸上的垂直投影点。B球落地痕迹如图16－1－8所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐。

（1）碰撞后B球的水平射程应取为________ cm。

（2）在以下选项中，哪些是本实验必须进行的测量？________（填选项号）。

A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离

B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离

C ．测量A 球和B 球的直径

D ．测量A 球和B 球的质量（或两球质量之比）

E ．测量G 点相对于水平槽面的高度

2．（1） 64．8 （2）ABD

3．如图16－1－9所示的装置中，质量为A m 的钢球A 用细线悬挂于O 点，质量为mB 的钢球B 放在离地面高度为H 的小支柱N 上。O 点到A 球球心的距离为L ，使悬线在A 球释放前张直，且线与竖直线的夹角为α，A 球释放后摆动到最低点时恰与B 球正碰，碰撞后，A 球把轻质指示针OC 推移到与竖直线夹角β处，B 球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D 。保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B 球的落点。

图16－1－9

（1）图16－1－9中x 应是B 球初始位置到________的水平距离；

（2）为了探究碰撞中的守恒量，应测得____________________________等物理量。

（3）用测得的物理量表示A A v m ＝________________；A A v m '＝______________；B B v m '＝

______________。

3．（1）B 球平均落点 （2）A m 、B m 、α、β、L 、H 、x

（3）A m 2gL(1－cosα) A m 2gL(1－cosβ) B m x g 2H

解析：小球A 在碰撞前后做摆动，满足机械能守恒．小球B 在碰撞后做平抛运动，则x 应为B 球的平均落点到初始位置的水平距离．要得到碰撞前后的mv ，要测量A m 、B m 、α、

β、L 、H 、x 等，对A 由机械能守恒A m gL （1－cosα）＝12

A A v m ，A A v m ＝A m 2gL(1－cosα).碰后对A ，有A m gL （1－cosβ）＝12

2A A v m '，得A A v m '＝A m 2gL(1－cosβ)，碰后B 做平

抛运动，有x ＝B v t ，H ＝12gt2，所以B B v m '＝B m x g 2H 。 4．用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图8所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O 。接下来的实验步骤如下：