2021版高考物理大復(fù)習(xí)通用版：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律含答案.doc

教學(xué)資料范本2021版高考物理大復(fù)習(xí)通用版：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律含答案編 輯：_時(shí) 間：_1實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒。2實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中、測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v、算出碰撞前的動(dòng)量pm1v1m2v2及碰撞后的動(dòng)量pm1v1m2v2、看碰撞前后動(dòng)量是否相等。3實(shí)驗(yàn)器材方案一利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二在光滑長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)光滑長木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥。方案三利用等大小球做平拋運(yùn)動(dòng)完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個(gè)、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。4實(shí)驗(yàn)步驟方案一利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量。(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌、如圖所示。(3)測速度：接通電源、利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量；改變滑塊的初速度大小和方向)。(4)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒。方案二在光滑長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。(2)安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長木板的一端、把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、連在小車的后面、在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥、如圖所示。(3)通電碰撞：接通電源、讓小車A運(yùn)動(dòng)、小車B靜止、兩車碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中、把兩小車連接成一體運(yùn)動(dòng)。(4)測速度：通過紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由v算出速度。(5)改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn)。(6)驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒。方案三利用等大小球做平拋運(yùn)動(dòng)完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1)測質(zhì)量：先用天平測出入射小球、被碰小球質(zhì)量m1、m2(m1m2)。(2)安裝：按如圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置、將斜槽固定在桌邊、使槽的末端點(diǎn)切線水平、調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置使兩小球碰撞時(shí)處于同一水平高度、且碰撞瞬間入射小球與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行、以確保兩小球正碰后的速度方向水平。(3)鋪白紙：在地上鋪一張白紙、在白紙上鋪放復(fù)寫紙。(4)定O點(diǎn)：在白紙上記下重垂線所指的位置O、它表示入射小球碰前的位置。(5)定P點(diǎn)：先不放被碰小球、讓入射小球從斜槽上同一高度處滾下、重復(fù)10次、用圓規(guī)畫盡可能小的圓把小球的所有落點(diǎn)圈在里面、圓心就是入射小球發(fā)生碰撞前的落地點(diǎn)P。(6)定M、N點(diǎn)：把被碰小球放在斜槽的末端、讓入射小球從同一高度滾下、使它們發(fā)生正碰、重復(fù)10次、從上一步驟求出入射小球落地點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落地點(diǎn)的平均位置N。(7)連線：過O和N在紙上作一直線。(8)測長度：用刻度尺量出線段OM、OP、ON的長度。 實(shí)驗(yàn)原理與操作1前提條件碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。2方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)、注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。(2)若利用長木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力。(3)若利用斜槽小球碰撞應(yīng)注意：斜槽末端的切線必須水平；入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。3探究結(jié)論尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。題組訓(xùn)練1在實(shí)驗(yàn)室里為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律、一般采用如圖甲、乙所示的兩種裝置：甲乙(1)若入射小球質(zhì)量為m1、半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2、半徑為r2、則_。Am1m2、r1r2Bm1m2、r1m2、r1r2Dm1m2；為使入射小球與被碰小球發(fā)生對心碰撞、要求兩小球半徑相同。故C正確。(2)設(shè)入射小球?yàn)閍、被碰小球?yàn)閎、a球碰前的速度為v1、a、b相碰后的速度分別為v1、v2。由于兩球都從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)、當(dāng)以運(yùn)動(dòng)時(shí)間為一個(gè)計(jì)時(shí)單位時(shí)、可以用它們平拋的水平位移表示碰撞前后的速度。因此、需驗(yàn)證的動(dòng)量守恒關(guān)系m1v1m1v1m2v2可表示為m1x1m1x1m2x2。所以需要直尺、天平、而無需彈簧測力計(jì)、秒表。由于題中兩個(gè)小球都可認(rèn)為是從槽口開始做平拋運(yùn)動(dòng)的、兩球的半徑不必測量、故無需游標(biāo)卡尺。(3)得出驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的結(jié)論應(yīng)為m1OPm1OMm2ON。答案(1)C(2)AC(3)m1OPm1OMm2ON2.氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器、它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊、使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上、滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦。現(xiàn)用帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A、B探究碰撞中的不變量、實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a用天平分別測出A、B的質(zhì)量mA、mB；b調(diào)整氣墊導(dǎo)軌、使導(dǎo)軌處于水平；c在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧、用電動(dòng)卡銷鎖定、靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上；d用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離L1；e按下電鈕放開卡銷、同時(shí)分別記錄A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工作、當(dāng)A、B分別碰撞C、D時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束、記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2。(1)實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量及其符號是_。(2)作用前A、B質(zhì)量與速度乘積之和為_；作用后A、B質(zhì)量與速度乘積之和為_。(3)作用前、后A、B質(zhì)量與速度乘積之和并不完全相等、產(chǎn)生誤差的原因有_(至少答出兩點(diǎn))。解析A、B被壓縮的彈簧彈開后、在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)可視為勻速運(yùn)動(dòng)、因此只要測出A與C的距離L1、B與D的距離L2及A到達(dá)C、B到達(dá)D的時(shí)間t1和t2、測出A、B的質(zhì)量、就可以探究碰撞中的不變量。(1)由上述分析可知、實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測量的物理量為：B的右端至D的距離L2。(2)設(shè)向左為正方向、根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得A、B的速度分別為vA、vB、碰前A、B靜止、即v0、質(zhì)量與速度乘積之和為0、碰后A、B的質(zhì)量與速度乘積之和為mAvAmBvBmAmB；若設(shè)向右為正方向、同理可得碰后A、B的質(zhì)量與速度乘積之和為mBmA。(3)產(chǎn)生誤差的原因：L1、L2、t1、t2、mA、mB的數(shù)據(jù)測量誤差；沒有考慮彈簧推動(dòng)滑塊的加速過程；滑塊并不是做標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運(yùn)動(dòng)、滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力；氣墊導(dǎo)軌可能不完全水平。答案(1)B的右端至D的距離L2(2)0mAmB(3)見解析3(20xx長沙模擬)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)：在小車A的前端粘有橡皮泥、推動(dòng)小車A使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)、然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體、繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。他設(shè)計(jì)的裝置如圖(甲)所示。小車A后連著紙帶、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz、長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力。(甲)(乙)(1)若已測得打點(diǎn)紙帶如圖(乙)所示、并測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)。A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、則應(yīng)選_段來計(jì)算A碰前的速度。應(yīng)選_段來計(jì)算A和B碰后的共同速度。(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)(2)已測得小車A的質(zhì)量m10.4 kg、小車B的質(zhì)量為m20.2 kg、則碰前兩小車的總動(dòng)量為_kgm/s、碰后兩小車的總動(dòng)量為_kgm/s。解析(1)從題圖乙中紙帶上打點(diǎn)的情況看、BC段既表示小車做勻速運(yùn)動(dòng)、又表示小車有較大速度、因此BC段能較準(zhǔn)確地描述A在碰前的運(yùn)動(dòng)情況、應(yīng)選用BC段計(jì)算A碰前的速度。從CD段打點(diǎn)的情況看、小車的運(yùn)動(dòng)情況還沒穩(wěn)定、而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、故應(yīng)選用DE段計(jì)算A和B碰后的共同速度。(2)取A的初速度方向?yàn)檎较?、A在碰撞前的速度v0 m/s1.050 m/s、A在碰撞前的動(dòng)量p0m1v00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s、碰撞后兩小車的共同速度v m/s0.695 m/s、碰撞后兩小車的總動(dòng)量p(m1m2)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s。答案(1)BCDE(2)0.4200.417 數(shù)據(jù)處理及分析1數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法、即將測量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度轉(zhuǎn)換成測平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移；由于本實(shí)驗(yàn)僅限于研究系統(tǒng)在碰撞前后動(dòng)量的關(guān)系、所以各物理量的單位不必統(tǒng)一使用國際單位制的單位。2誤差分析(1)系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求、即：碰撞是否為一維碰撞。實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件。如斜槽末端切線方向是否水平、兩碰撞球是否等大。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量和速度的測量。3改進(jìn)措施(1)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞、且盡量滿足動(dòng)量守恒的條件。(2)采取多次測量求平均值的方法減小偶然誤差。題組訓(xùn)練1氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊、開始時(shí)兩個(gè)滑塊靜止、它們之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧、滑塊間用繩子連接(如圖甲所示)、繩子燒斷后、兩個(gè)滑塊向相反方向運(yùn)動(dòng)、圖乙為它們運(yùn)動(dòng)過程的頻閃照片、頻閃的頻率為10 Hz、由圖可知：(1)A、B離開彈簧后、應(yīng)該做_運(yùn)動(dòng)、已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為200 g、300 g、根據(jù)照片記錄的信息、從圖中可以看出閃光照片有明顯與事實(shí)不相符合的地方是_。(2)若不計(jì)此失誤、分開后、A的動(dòng)量大小為_kgm/s、B的動(dòng)量的大小為_kgm/s。本實(shí)驗(yàn)中得出“在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)、兩滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒”這一結(jié)論的依據(jù)是_。解析(1)A、B離開彈簧后因水平方向不再受外力作用、所以均做勻速直線運(yùn)動(dòng)、在離開彈簧前A、B均做加速運(yùn)動(dòng)、A、B兩滑塊的第一個(gè)間隔都應(yīng)該比后面勻速時(shí)相鄰間隔的長度小。(2)周期T0.1 s、v、由題圖知A、B勻速時(shí)速度大小分別為vA0.09 m/s、vB0.06 m/s、分開后A、B的動(dòng)量大小均為p0.018 kgm/s、方向相反、滿足動(dòng)量守恒、系統(tǒng)的總動(dòng)量為0。答案(1)勻速直線A、B兩滑塊的第一個(gè)間隔(2)0.0180.018A、B兩滑塊作用前后總動(dòng)量不變、均為02用如圖甲所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。甲乙(1)實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量為m1的入射小球和質(zhì)量為m2的被碰小球的質(zhì)量關(guān)系是m1_m2。(選填“大于”“等于”或“小于”)(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的投影。實(shí)驗(yàn)時(shí)、先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放、找到其平均落地點(diǎn)的位置P、測量平拋射程OP。然后、把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分、再將入射小球m1從斜軌上S位置靜止釋放、與小球m2相碰、并多次重復(fù)本操作。接下來要完成的必要步驟是_。(填選項(xiàng)前的字母)A用天平測量兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B測量小球m1開始釋放的高度hC測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD分別通過畫最小的圓找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒、其表達(dá)式可表示為_(用(2)中測量的量表示)；(4)經(jīng)過測定、m145.0 g、m27.5 g、小球落地的平均位置距O點(diǎn)的距離如圖乙所示。若用長度代表速度、則兩球碰撞前“總動(dòng)量”之和為_gcm、兩球碰撞后“總動(dòng)量”之和為_gcm。解析(1)為防止碰撞后入射球反彈、實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量為m1的入射小球和質(zhì)量為m2的被碰小球的質(zhì)量關(guān)系是m1大于m2。(2)如果碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒、以水平向右為正方向、由動(dòng)量守恒定律得：m1v1m1v2m2v3、小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)、它們拋出點(diǎn)的高度相等、在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等、上式兩邊同時(shí)乘以t得：m1v1tm1v2tm2v3t、得：m1OPm1OMm2ON、實(shí)驗(yàn)需要測量：兩球的質(zhì)量、兩球落點(diǎn)的水平位移、故選：A、D、E。(3)由(2)可知、實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式為：m1OPm1OMm2ON。(4)兩球碰撞前的動(dòng)量之和：pm1OP45.044.80 gcm2 016 gcm、碰撞后的總動(dòng)量：pm1OMm2ON(45.035.207.555.60) gcm2 001 gcm。答案(1)大于(2)A、D、E(3)m1OPm1OMm2ON(4)2 0162 001 實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的方法很多、可以用氣墊導(dǎo)軌還可以用等長懸線懸掛等大的小球完成、用斜槽驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律是本實(shí)驗(yàn)主要的考查方式隨著該部分由選考改為必考、相應(yīng)出現(xiàn)了一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新甲乙1.利用動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒計(jì)算彈丸的發(fā)射速度。2.減小實(shí)驗(yàn)誤差的措施、體現(xiàn)了物理知識和物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、創(chuàng)新性和綜合性。實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1利用氣墊導(dǎo)軌代替長木板、利用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、提高實(shí)驗(yàn)的精確度。2.利用相對誤差評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。甲乙1.利用鋁質(zhì)導(dǎo)軌研究完全非彈性碰撞。2.利用閃光照相機(jī)記錄立方體滑塊碰撞前后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、從而確定滑塊碰撞前后的速度。實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)1.利用斜面上的平拋運(yùn)動(dòng)獲得兩球碰后的速度。2.根據(jù)平拋斜面模型采用分解位移找數(shù)學(xué)關(guān)系分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。題組訓(xùn)練1如圖(a)所示、沖擊擺是一個(gè)用細(xì)線懸掛著的擺塊、彈丸擊中擺塊時(shí)陷入擺塊內(nèi)、使擺塊擺至某一高度、利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。圖(a)圖(b)實(shí)驗(yàn)步驟如下：用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；將實(shí)驗(yàn)裝置水平放在桌子上、調(diào)節(jié)擺繩的長度、使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)、并使擺塊擺動(dòng)平穩(wěn)、同時(shí)用刻度尺測出擺長；讓擺塊靜止在平衡位置、扳動(dòng)彈簧槍的扳機(jī)、把彈丸射入擺塊內(nèi)、擺塊和彈丸推動(dòng)指針一起擺動(dòng)、記下指針的最大偏角；多次重復(fù)步驟、記錄指針最大偏角的平均值；換不同擋位測量、并將結(jié)果填入下表。擋位平均最大偏角(角度)彈丸質(zhì)量m(kg)擺塊質(zhì)量M(kg)擺長l(m)彈丸的速度v(m/s)低速擋15.70.007 650.078 90.2705.03中速擋19.10.007 650.078 90.2706.77高速擋0.007 650.078 90.2707.15完成下列填空：(1)現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖(b)所示、請將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：_。(2)用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v_。(已知重力加速度為g)(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差、每次實(shí)驗(yàn)前、并不是將指針置于豎直方向的零刻度處、常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角、每次正式射擊前、應(yīng)預(yù)置指針、使其偏角略小于該擋的最大偏角。請寫出這樣做的一個(gè)理由：_。解析(1)分度值為1、故讀數(shù)為22.4(22.122.7均正確)。(2)彈丸射入擺塊內(nèi)、系統(tǒng)動(dòng)量守恒：mv(mM)v擺塊向上擺動(dòng)、由機(jī)械能守恒定律得：(mM)v2(mM)gl(1cos )、聯(lián)立解得：v。(3)較大的速度碰撞指針、會(huì)損失較多的機(jī)械能(其他理由、如擺塊在推動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)時(shí)要克服摩擦力做功、指針擺動(dòng)較長的距離損失的機(jī)械能較多等、只要合理即可)。答案(1)22.4(22.122.7均正確)(2)(3)較大的速度碰撞指針、會(huì)損失較多的機(jī)械能2現(xiàn)利用圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。在圖甲中、氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個(gè)滑塊、滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片、左側(cè)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片、上面固定一遮光片、光電計(jì)時(shí)器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時(shí)間。甲乙實(shí)驗(yàn)測得滑塊A的質(zhì)量m10.30 kg、滑塊B的質(zhì)量m20.10 kg、遮光片的寬度d0.90 cm；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交變電流的頻率f50.0 Hz。將光電門固定在滑塊B的右側(cè)、啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、給滑塊A一向右的初速度、使它與B相碰。碰后光電計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間為tB3.50 ms、碰撞前后打出的紙帶如圖乙所示。則碰撞后A、B兩物體的動(dòng)量分別為_kgm/s、_kgm/s。本次實(shí)驗(yàn)的相對誤差絕對值為_%。(計(jì)算結(jié)果全部保留2位有效數(shù)字)解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)時(shí)間間隔為t0.02 s。由題圖乙所示紙帶可知、碰撞前A的速度為vA m/s2 m/s、碰撞后A的速度為vA m/s0.97 m/s、碰撞后B的速度為vB m/s2.57 m/s、碰后A的動(dòng)量為pAm1vA0.300.97 kgm/s0.29 kgm/s、B的動(dòng)量為pBm2vB0.102.57 kgm/s0.26 kgm/s；碰撞前后系統(tǒng)總動(dòng)量分別為pm1vA0.32 kgm/s0.6 kgm/s、pm1vAm2vB0.30