2023年高考物理一轮复习核心技知识点提升6.5实验:验证动量守恒定律.pdf
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1、6.5实验:验证动量守恒定律一、实验目的验证一维碰撞中的动量守恒定律。二、实验原理在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量如、祖2和碰撞前、后物体的速度VI、U2、Vl V 2,算出碰撞前的动量P=?1丫1+加2n2及碰撞后的动量p=Vl+mivi,看碰撞前、后动量是否相等。三、实验器材方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验气垫导轨、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。方案二:利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。方案三:利用斜槽滚球完成一维碰撞实验斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。
2、四、实验过程方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验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,如图所示。-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(改变滑块质量;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。方案二:利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验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,如图所示。3 .实验:接通电源,让小车/运动,小车8静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一个整体运动。4 .测
3、速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间,由丫=/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。方案三:利用斜槽滚球完成一维碰撞实验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:安装实验装置,如图所示。调整固定斜槽使斜槽底端水平。入射小球被撞小球y /白纸1 m g z 7 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 .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1 0 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:
4、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1 0 次。用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置”和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。?;,-豆 此 1 6.验证:连接O N,测量线段O P、O M、CW的长度。将测量数据填入表中。最后代入“OP=/WOM+/M2-ON,看在误差允许的范围内是否成立。7 .整理:将实验器材放回原处。五、数据处理方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验1.滑块速度的测量:丫=篝,式中A r 为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),/为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。2.验证的表达式:mw
5、+m2V 2=mw+m2V 2O方案二:利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验x_1.小车速度的测量:n=岩,式中A r是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,加为小车经过A x的时间,可由打点间隔算出。2.验证的表达式:mw+m2V 2=mvi+m2V 2o方案三:利用斜槽滚球完成一维碰撞实验验证的表达式:mi-O P=mi-O M+nn-ON 六、误差分析1.系统误差:主要来源于装置本身。(1)碰撞不是一维。(2)实验不满足动量守恒的条件,如气垫导轨不水平,用长木板实验时没有平衡摩擦力,两球不等大。2.偶然误差:主要来源于质量加1、用2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。七、注意事项1.前
6、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,调整气垫导轨时,应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用两小车相碰进行验证,要注意平衡摩擦力。(3)若利用平抛运动规律进行验证:斜槽末端的切线必须水平;入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放;选质量较大的小球作为入射小球;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。3.探 究 结 论:寻 找 的 不 变 量 必 须 在 各 种 碰 撞 情 况 下 都 不 变。研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒例题i.用如图所示的装置可以验证动量守恒定律,在滑块Z和8相碰的端面上装上弹性碰撞架,它们的上端装
7、有等宽的挡光片.(1)实验前需要调节气垫导轨水平,借助 光 电 门 来 检 验 气 垫 导 轨 是 否 水 平 的 方 法 是.(2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系,实验分两次进行.第一次:将滑块Z置于光电门1的左侧,滑 块8静置于两光电门间的某一适当位置.给 一个向右的初速度,通过光电门1的时间为 力,与8碰撞后又分开,滑 块/再次通过光电门1的时间为加2,滑 块8通过光电门2的时间为加3.第二次:在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶,同 样 让 滑 块/置 于 光 电 门1的左侧,滑 块8静置于两光电门间的某一适当位置.给/一个向右的初速度,通过光 电
8、门1的时间为 ,与8碰撞后粘连在一起,滑 块8通过光电门2的时间为 A/5.为完成该实验,还 必 须 测 量 的 物 理 量 有(填 选 项 前 的 字 母).A.挡光片的宽度dB.滑块/的总质量加1C.滑块6的总质量加2D.光 电 门1到光电门2的距离L(3)在第二次实验中若滑块/和8在碰撞的过程中动量守恒,则应该满足的表达式 为(用 已 知 量 和 测 量 量 表 示).(4)在第一次实验中若滑块Z和8在碰撞的过程中机械能守恒,则应该满足的表达 式 为(用 已 知 量 和 测 量 量 表 示).某同学用如图所示装置验证动量守恒定律.在上方沿斜面向下推一下滑块4滑块/匀速通过光电门甲,与静止
9、在两光电门间的滑块8相碰,碰后滑块、8先后通过光电门乙,采集相关数据进行验证.(最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力)遮光片 气光电门甲体业匹滑诚哼光片滑7施5 4光电门乙-(1)下 列 所 列 物 理 量 哪 些 是 必 须 测 量 的.A.滑块的质量加4,滑块3的质量加BB.遮光片的宽度d(滑块Z与滑块B 上遮光片宽度相等)C.本地的重力加速度gD.滑块/、3与斜面间的动摩擦因数E.滑块/、8 上遮光片通过光电门的时间滑块/、8 与斜面间的动摩擦因数小网质量?”、m u,要完成本实验,它们 需 要 满 足 的 条 件 是.A.B,niAmBB.RANB,mAmBD.mAmn(3)实验时,要先调节
10、斜面的倾角,应该如何调节.(4)若光电门甲的读数为人,光电门乙先后两次的读数为力、白,用题目中给定的物 理 量 符 号 写 出 动 量 守 恒 的 表 达 式.|利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为g的滑块A与质量为啊的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和 B的速度大小v,和匕,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空:(1)调节导轨水平;(2)测得两滑块的质量分别为0.5 1 0 k g 和0.3 0 4 k g。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为 k g 的滑块作为A;(3)调节B的位置,使得A与 B接触时,A的左端到左边挡板的距离工与B的
11、右端到右边挡板的距离5 2 相等;(4)使 A 以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B 碰撞,分别用传感器记录A 和 B 从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间4和芍;(5)将 B 放回到碰撞前的位置,改变A 的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如下表所示;12345Zj/s0.490.671.011.221.39z2/s0.150.210.330.400.460.31k20.330.330.33(6)表 中 的 他=(保留2 位有效数字);(7)的 平 均 值 为;(保留2 位有效数字)打(8)理论研究表明,对本实验的碰撞过程,是否为弹性碰撞可由匕判断。若匕两滑块的碰撞为弹性碰撞,则
12、匕 的 理 论 表 达 式 为 (用叫和外表示),本实 验 中 其 值 为 (保留2 位有效数字),若该值与(7)中结果间的差别在允许范围内,则可认为滑块A 与滑块B 在导轨上的碰撞为弹性碰撞。研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒例 题 2.用如图甲所示装置研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的(1)关于本实验,下列说法中正确的是A.同一组实验中,入射小球必须从同一位置由静止释放B.轨道倾斜部分必须光滑C.轨道末端必须水平(2)图甲中。点是小球抛出点在地面上的竖直投影,实验时先让入射小球多次从斜轨上的位置S由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落点的位置(/、8、。三点中的某个点),然后,
13、把被碰小球静置于轨道的水平部分末端,仍将入射小球从斜轨上的位置S由静止释放,与被碰小球相碰,并多次重复该操作,用同样的方法找到两小球碰后平均落点的位置(/、8、C三点中剩下的两个点).实验中需要测量的有.A.入射小球和被碰小球的质量,1、m2B.入射小球开始的释放高度C.小球抛出点距地面的高度以D.两球相碰前后的平抛射程08、0 C(3)某同学在做上述实验时,测得入射小球和被碰小球的质量关系为加=2加2,两小球在记录纸上留下三处落点痕迹如图乙所示,他将米尺的零刻线与O点对齐,测量出。点到三处平均落地点的距离分别为。4 O B、0C.该同学通过测量和计算发现,在实验误差允许范围内,两小球在碰撞前
14、后动量是守恒 该 同 学 要 验 证 的 关 系 式 为 若 进 一 步 研 究 该 碰 撞 是 否 为 弹 性 碰 撞,需 要 判 断 关 系 式_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 是否成立.用如图甲所示的装置验证动量守恒定律。甲乙 为了减小实验误差,下列做法正确的是;A.两球的质量和半径都一样大B.多次将Z 球从不同的高度释放C.保证斜槽末端的切线水平D.减小斜槽对小球/的摩擦(2)图乙是8 球的落点痕迹,刻度尺的“0”刻线与。点重合,可以测出碰撞后B球 的 水 平 射 程 为 加2C.实验中记录纸的位置可以移动D.斜槽要固定好,
15、末端切线不需要调节水平(2)按照本实验方法,该同学确定了落地点的平均位置P、0、R,并测出了O P、P Q、QR间的距离分别为xi、也、4,则验证动量守恒定律的表达式是探索创新实验例 题3.如图为验证动量守恒定律的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:用天平测出两个小球的质量分别为m和mi-,安装实验装置,将斜槽Z3固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面8C连接在斜槽末端;先不放小球加2,让小球如从斜槽顶端/处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置P;将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m 从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球网、加2在斜面上
16、的落点位置;用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端8的 距 离.图 中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从M、尸、N到3点的距离分别为$”、SP、s w.依 据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)两小球的质量加1、加2应满足加1加 2(填写”或“0.4 0 k g 的滑块A B、C,滑块右侧带有自动锁扣,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连,滑块8、。左侧均带有自动锁扣,打点计时器的电源频率/=5 0 H z o调整好实验装置后,在水平气垫导轨上放置/、8两个滑块,启动打点计时器,使滑块/以某一速度与静止的滑块8相碰并黏合在一起运动,纸带记录的数据如图乙所示;用滑块C
17、替代滑块8,重复上述实验过程,纸带数据如图丙所Z J s o根据纸带记录的数据,滑 块/与 3碰撞过程系统损失的动能为 J,滑 块/与 C碰撞过程系统损失的动能为 J。(计算结果均保留2 位有效数字)根据实验结果可知,被碰物体质量增大,系 统 损 失 的 动 能(选填“增大”“减小”或“不变”)。纸带 自动锁扣 气般导轨单位:cm上 9 克 点 点 小 3.8 3 35.利用图甲所示的装置验证动量守恒定律。在图甲中,气垫导轨上有4、8 两个滑块,滑块Z 右侧带有一弹簧片,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连;滑块8 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)可以记录遮光
18、片通过光电门 遮光片/纸带/7 1g)光电门气垫导轨实验测得滑块/的质量加i=0.3 k g,滑块8 的质量加 2=0.1 k g,遮光片的宽度 d 用游标卡尺测量,如图丙所示;打点计时器所用的交流电的频率尸50 Hz。将光电门固定在滑块8 的右侧,启动打点计时器,给滑块/一向右的初速度,使它与8 相碰;碰后光电计时器显示的时间4B=2.86X1(T3 s,碰撞后打出的纸带如图乙所示。(1)遮光片的宽度d=cm。(2)计 算 可 知 两 滑 块 相 互 作 用 前 系 统 的 总 动 量 为 kg-m/s,两滑块 相 互 作 用 后 系 统 的 总 动 量 为 kg-m/so(计算结果保留2
19、位小数)碰撞前后总动量之差(3)若实验相对误差绝对值 5=温 前 总/旨 xl00%S5%即可认为系统动量守恒,则 本 实 验(选 填“能”或“不能”)验证动量守恒定律。(4)两滑块作用前后总动量不完全相等的主要原因是6.为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞,某同学选取了两个体积相同、质量相差比较大的小球,按下述步骤做了实验:用天平测出两小球的质量(分别为和机2,且加按图示安装好实验器材,将 斜 槽A B固定在桌边,使槽的末端切线水平,将一斜面B C连接在斜槽末端。先不放小球加2,让小球M从斜槽顶端/处由静止开始滚下,记下小球在斜面上的落点位置。将小球?2放在斜槽末端边缘
20、处,让小球网从斜槽顶端处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,分别记下小球和?2在斜面上的落点位置。用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点8的距离。图中。、E、F点是该同学记下小球在斜面上的落点位置,到8点的距离分别为LD、LE、LF。根据该同学的实验,回答下列问题:(1)在不放小球m 2时,小 球 从 斜 槽 顶 端Z处由静止开始滚下,m 的落点在图中的 点,把小球加2放在斜槽末端边缘处,小 球M从斜槽顶端处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,碰后小球见的落点在图中的 点。(2)若碰撞过程中,动量和机械能均守恒,不计空气阻力,则下列表达式中正确的有。A.mLF=mLDnt2LEB.Li+miLl-C
21、.m机 力 产D.LE LF LD7.利用图甲所示的气垫导轨验证动量守恒定律,在水平气垫导轨上放置两个质量 均 为m的滑块,每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连,两个打点计时器所用电源的频率均为人气垫导轨正常工作后,接通两个打点计时器的电源,并让两滑块以不同的速度相向运动,两滑块相碰后粘在一起继续运动。图乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分,在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带,用刻度尺分别量出其长度S|、S2和S3。题中各物理量的单位均为国际单位。滑块甲 乙 (1)碰撞前,两滑块的动量大小分别为、,两 滑 块 的 总 动 量 大 小 为;碰撞后,两滑块的总动量大小为 O(2
22、)5!S 2和S 3满 足 什 么 关 系,说 明 两 滑 块 相 碰 过 程 动 量 守 恒?答:。重复上述实验,多做几次。若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内总是相等,则动量守恒定律得到验证。8.某实验小组的同学制作了一个弹簧弹射装置,轻弹簧两端各放一个金属小球(小球与弹簧不连接),压缩弹簧并锁定,然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中(管径略大于两球直径),金属管水平固定在离地面一定高度处,如图所示。解除弹簧锁定,则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射。现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,并探究弹射过程所遵循的规律,实验小组配有足够的基本测
23、量工具,并按下述步骤进行实验:/1 T 亶,m i.乩用天平测出两球质量分别为 加、m u用刻度尺测出两管口离地面的高度均为;解除弹簧锁定弹出两球,记录下两球在水平地面上的落点M、N。根据该小组同学的实验,回答下列问题:(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需要测量的物理量有A.弹簧的压缩量A xB.两球落地点V、N到对应管口尸、。的水平距离xi、X 2C.小球直径D.两球从弹出到落地的时间小t 2(2)根据测量结果,可得弹性势能的表达式为。(3)如果满足关系式,则说明弹射过程中系统动量守恒。(用测得的物理量表示)9.如图所示,用“碰撞实验器材”可以验证动量守恒定律,即研究两个小球在
24、轨道末端碰撞前后的动量关系:先安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指的位置。接下来的实验步骤如下:步骤1:不放小球B,让小球A从斜槽上G点由静止滚下,并落在地面上。重复多次,用尽可能小的圆,把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置;步骤2:把小球B放在斜槽前端边缘位置,让小球A从 G点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,并使用与步骤1 同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置;步骤3:用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置V、P、N离。点的距离,即线段。河、OP、ON的长度。(1)上述实验除需测量线段OM、O P、CW的长度外,还需要测量小球的质量,为
25、了防止碰撞后A球反弹,应保证A球的质量a B球质量人(选填“大于”、“等于”或“小于(2)请由图乙读出碰撞前A球的水平射程O P 为 c m。(3)若两个小球在轨道末端碰撞过程动量守恒,则需验证的关系式为 o(用题中给出的字母表示)(4)实 验 中 造 成 误 差 的 可 能 原 因 有。A.用刻度尺测量线段OM、。尸、ON的长度值B.轨道不光滑C.轨道末端不水平D.轨道末端到地面的高度未测量6.5实验:验证动量守恒定律一、实验目的验证一维碰撞中的动量守恒定律。二、实验原理在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量如、祖2和碰撞前、后物体的速度VI、U2、Vl V 2,算出碰撞前的动量P=?1丫1+
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- 2023 年高 物理 一轮 复习 核心 知识点 提升 6.5 实验 验证 动量 守恒定律
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