2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第六章動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律學(xué)案新人教版

1、實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律一、實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中，測(cè)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。二、實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、天平、直尺、復(fù)寫(xiě)紙、白紙、圓規(guī)、重垂線。三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏颉?2)按照如圖甲所示安裝實(shí)驗(yàn)器材。調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平。(3)白紙?jiān)谙?，?fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下重垂線所指的位置o。(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10次。用圓規(guī)畫(huà)盡量小的圓把小球所有的落點(diǎn)都圈在里面。圓心p就是小球落點(diǎn)

2、的平均位置。(5)把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次。用步驟(4)的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置m和被撞小球落點(diǎn)的平均位置n。如圖乙所示。(6)連接on，測(cè)量線段op、om、on的長(zhǎng)度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中。最后代入m1m1m2，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。(7)整理好實(shí)驗(yàn)器材，放回原處。(8)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。四、數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證表達(dá)式：m1m1m2。五、注意事項(xiàng)(1)斜槽末端的切線必須水平；(2)入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放；(3)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、

3、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。核心考點(diǎn)重點(diǎn)突破he xin kao dian zhong dian tu po考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2020江蘇啟東中學(xué)期末)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，氣墊導(dǎo)軌裝置如圖甲所示。甲(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；向氣墊導(dǎo)軌內(nèi)通入壓縮空氣；把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器越過(guò)彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊1拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；先接通

4、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后放開(kāi)滑塊1，讓滑塊1帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；取下紙帶，重復(fù)步驟，選出一條較理想的紙帶，如圖乙所示；乙測(cè)得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310 g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205 g；試完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容。(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為0.620 kgm/s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為0.618 kgm/s。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(3)試說(shuō)明(2)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦。解析(1)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，然后放開(kāi)滑塊1。(2)滑塊1與彈簧分離后做勻速運(yùn)動(dòng)，跟滑塊2發(fā)生

5、碰撞后一起做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)紙帶的數(shù)據(jù)得，碰撞前滑塊1的動(dòng)量為p1m1v10.310kgm/s0.620 kgm/s，滑塊2的動(dòng)量為零，所以碰撞前的總動(dòng)量為0.620 kgm/s；碰撞后滑塊1、2速度相等，所以碰撞后的總動(dòng)量為p2(m1m2)v2(0.3100.205)kgm/s0.618 kgm/s。(3)主要原因是紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間有摩擦力的作用。變式訓(xùn)練1某同學(xué)用圖甲所示的裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，a、b為半徑相同的小球(mamb)，圖中pq是斜槽，qr為水平槽。實(shí)驗(yàn)時(shí)先使a球從斜槽上某一位置g由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。多次重復(fù)上述操作，得到多個(gè)落點(diǎn)痕跡。再把b球放在

6、水平槽末端，讓a球仍從位置g由靜止釋放。兩球碰撞后，a、b球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，多次重復(fù)該操作。圖甲中o點(diǎn)是水平槽末端r在記錄紙上的豎直投影點(diǎn)。b球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示，圖中米尺的零刻度線與o點(diǎn)對(duì)齊(未畫(huà)出)。(1)碰撞后b球的水平射程應(yīng)為65.5(0.3) cm；(2)以下選項(xiàng)中的物理量是本次實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)量的是abd。(填選項(xiàng)前的字母)aa球未與b球碰撞時(shí)的平均落點(diǎn)到o點(diǎn)的距離ba球與b球碰撞后的平均落點(diǎn)到o點(diǎn)的距離ca球和b球的直徑da球和b球的質(zhì)量e水平槽面相對(duì)于o點(diǎn)的高度解析(1)由題圖乙可知，取b球落點(diǎn)的平均位置，則碰撞后b球的水平射程應(yīng)為65.5 cm；(2)本實(shí)驗(yàn)需要

7、驗(yàn)證的方程是mamamb(其中的k、n、m分別是a球碰撞前的平均落點(diǎn)、a球碰撞后的平均落點(diǎn)以及b球碰撞后的平均落點(diǎn))，則需要測(cè)量的物理量有兩球的質(zhì)量ma、mb，水平槽上未放b球時(shí)，a球平均落點(diǎn)位置到o點(diǎn)的距離，a球與b球碰撞后，兩球的平均落點(diǎn)位置到o點(diǎn)的距離和，故a、b、d正確，c、e錯(cuò)誤。考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新驗(yàn)證動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新主要是兩種途徑：(1)用新器材實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方式的創(chuàng)新，比如使用氣墊導(dǎo)軌來(lái)減少摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。(2)從實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒嵌冗M(jìn)行創(chuàng)新，因此所有滿(mǎn)足動(dòng)量守恒定律的模型均可以用來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒。例2為了驗(yàn)證碰撞過(guò)程中的動(dòng)量和能量是否守恒，某中學(xué)高三物理興趣小組找來(lái)了一端傾斜、另一端水平的

8、光滑軌道，如圖所示。在距離水平部分高為h處和水平部分安裝了1、2兩個(gè)光電門(mén)，然后找來(lái)兩個(gè)直徑均為d但質(zhì)量分別為ma和mb的小球a、b進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。先將小球b靜置在水平軌道上兩光電門(mén)之間，讓小球a從傾斜軌道上較高位置釋放，光電門(mén)1記錄了小球a碰撞前后通過(guò)的時(shí)間t1、t1，光電門(mén)2記錄了碰后小球b通過(guò)的時(shí)間t2。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可知ma小于(填“大于”“小于”或“等于”)mb，若滿(mǎn)足關(guān)系式，則說(shuō)明碰撞過(guò)程中能量守恒。如果兩小球的位置互換，該實(shí)驗(yàn)?zāi)?填“能”或“不能”)成功。解析本題考查利用弧形導(dǎo)軌和光電門(mén)探究動(dòng)量守恒定律。由題意可知，兩個(gè)直徑相同的小球在光滑的水平面上發(fā)生碰撞，要驗(yàn)證系統(tǒng)動(dòng)量守恒，

9、則必定要測(cè)出碰撞前后小球的速度，由于小球a通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間有兩個(gè)，則說(shuō)明小球a碰撞前后兩次通過(guò)光電門(mén)1，即碰撞后小球a的速度反向，則小球a的質(zhì)量小于小球b的質(zhì)量；由機(jī)械能守恒定律可以求出兩個(gè)小球碰撞前后v2gh2，v2gh2，v2，若碰撞前后機(jī)械能守恒，則有mavmavmbv，將以上各式代入并化簡(jiǎn)可得。若把兩球的位置互換，則碰撞后b球不會(huì)反彈，但b球碰后可以通過(guò)光電門(mén)2，則仍可求出碰撞后兩球的速度，同樣也能驗(yàn)證該過(guò)程動(dòng)量及機(jī)械能是否守恒。變式訓(xùn)練2(2020江西南昌一中月考)某研究小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律：兩條相同的細(xì)線分別掛著兩個(gè)等體積小球，質(zhì)量分別是m1和m2，中間夾有一輕彈

10、簧，再用一細(xì)線穿過(guò)彈簧連接兩球，彈簧處于壓縮狀態(tài)但不與小球粘接。用火燒斷細(xì)線，兩球分別向左、右運(yùn)動(dòng)，測(cè)出它們最大的擺角分別為、，如圖所示。(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有(填“有”或“沒(méi)有”)必要測(cè)出豎直細(xì)線的長(zhǎng)度。(2)理論上，質(zhì)量大的小球擺角小。(填“大”或“小”)(3)試寫(xiě)出驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式：m1m2。(用題中所給物理量表示)解析設(shè)豎直細(xì)線的長(zhǎng)度為l，燒斷細(xì)線過(guò)程兩球組成的系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒，以向左為正方向，由動(dòng)量守恒定律得m1v1m2v20，燒斷細(xì)線后小球擺動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒，由機(jī)械能守恒定律可知，對(duì)左側(cè)小球有m1vm1gl(1cos )，對(duì)右側(cè)小球有m2vm2gl(1cos )，整理得m

11、1m2。(1)根據(jù)以上分析可知實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有必要測(cè)出豎直細(xì)線的長(zhǎng)度；(2)由m1m2可知，質(zhì)量大的小球擺角小；(3)由以上推導(dǎo)過(guò)程可知，實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式是m2m2。2年高考1年模擬2 nian gao kao 1 nian mo ni1(2020山東淄博十中期末)某同學(xué)用圖甲所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。圖中ab為斜槽，bc為水平槽。甲(1)下列說(shuō)法正確的是a。a該實(shí)驗(yàn)要求入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量b該實(shí)驗(yàn)要求入射小球和被碰小球必須是金屬材質(zhì)c該實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量入射小球從斜槽上由靜止釋放的點(diǎn)到水平槽的豎直距離h得到小球碰撞前的速度d該實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的豎直位移間接得到小球碰撞

12、前、后的速度(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)先使入射小球從斜槽上某一固定位置s多次由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上并留下痕跡，從而確定p點(diǎn)的位置；再把被碰小球放在水平槽末端，讓入射小球仍從位置s多次由靜止釋放，跟被碰小球碰撞后，兩球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，從而確定m、n點(diǎn)的位置。實(shí)驗(yàn)中，確定p點(diǎn)位置時(shí)多次落點(diǎn)的痕跡如圖乙所示，刻度尺的零刻度線與o點(diǎn)對(duì)齊，則op39.80 cm。乙(3)該實(shí)驗(yàn)若要驗(yàn)證兩小球碰撞前、后的動(dòng)量是否守恒，需要分別測(cè)量記錄紙上m點(diǎn)距o點(diǎn)的距離lom、p點(diǎn)距o點(diǎn)的距離lop、n點(diǎn)距o點(diǎn)的距離lon。除此之外，還需要測(cè)量的物理量是兩球的質(zhì)量，需要驗(yàn)證的關(guān)系式為m1lomm2lo

13、n(其中涉及需要測(cè)量的物理量請(qǐng)用自己設(shè)定的字母表示)。解析(1)要使兩球發(fā)生對(duì)心正碰，兩球半徑應(yīng)相等，為防止入射球碰撞后反彈，入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量，而對(duì)小球的材質(zhì)無(wú)嚴(yán)格的要求，故a正確，b錯(cuò)誤；入射小球從斜面上由靜止下落過(guò)程中會(huì)受到斜面的摩擦力作用，由于摩擦力做功未知，所以不能通過(guò)測(cè)量入射小球從斜槽上由靜止釋放的點(diǎn)到水平槽的豎直距離h得到小球碰撞前的速度，故c錯(cuò)誤；兩球碰撞前后均做平拋運(yùn)動(dòng)，平拋的初速度為v，豎直高度相同，則下落時(shí)間相等，故只需要測(cè)量?jī)汕蚱綊伒乃轿灰贫恍枰獪y(cè)量豎直位移就能間接得到小球碰撞前、后的速度，故d錯(cuò)誤。(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，則落點(diǎn)痕跡中心到o點(diǎn)的距離即

14、為op的長(zhǎng)度，圖乙中刻度尺的分度值是1 mm，估讀到0.1 mm，所以op39.80 cm。(3)據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，落地高度相同，則運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，設(shè)兩球落地時(shí)間為t，則v0，v1，v2；設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有m1v0m1v1m2v2，可得驗(yàn)證的表達(dá)式為m1lopm1lomm2lon，還需要測(cè)量的物理量是兩球的質(zhì)量。2(2020廣東佛山一中期中)某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律及測(cè)量平臺(tái)上a點(diǎn)左側(cè)與滑塊a之間的動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)。在足夠大的水平平臺(tái)上的a點(diǎn)放置一個(gè)光電門(mén)，水平平臺(tái)上a點(diǎn)右側(cè)摩擦很小，可忽略不計(jì)，左側(cè)為粗糙水平面，當(dāng)?shù)?/p>

15、重力加速度大小為g。采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a在小滑塊a上固定一個(gè)寬度為d的窄擋光片；b用天平分別測(cè)出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；c在a和b間用細(xì)線連接，中間夾一被壓縮了的輕短彈簧，靜止放置在平臺(tái)上；d燒斷細(xì)線后，a、b瞬間被彈開(kāi)，向相反方向運(yùn)動(dòng)；e記錄滑塊a通過(guò)光電門(mén)時(shí)擋光片的遮光時(shí)間t；f滑塊a最終停在c點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)，用刻度尺測(cè)出ac之間的距離sa；甲g小球b從平臺(tái)邊緣飛出后，落在水平地面的b點(diǎn)，用刻度尺測(cè)出平臺(tái)上表面距水平地面的高度h及平臺(tái)邊緣鉛垂線與b點(diǎn)之間的水平距離sb；h改變彈簧壓縮量，進(jìn)行多次測(cè)量。(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量擋光片的寬度，如圖乙所示，則擋光片的寬度為

16、2.550 mm。(2)該實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證“動(dòng)量守恒定律”，則只需驗(yàn)證兩物體a、b彈開(kāi)后的動(dòng)量大小相等，即a的動(dòng)量大小等于b的動(dòng)量大小。(用上述實(shí)驗(yàn)所涉及物理量的字母表示)(3)改變彈簧壓縮量，多次測(cè)量后，該實(shí)驗(yàn)小組得到小滑塊a的sa與關(guān)系圖像如圖丙所示，圖像的斜率為k，則平臺(tái)上a點(diǎn)左側(cè)與滑塊a之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。(用上述實(shí)驗(yàn)所涉及物理量的字母表示)解析(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為2.5 mm0.050 mm2.550 mm。(2)燒斷細(xì)線后，a向左運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)光電門(mén)，根據(jù)速度公式可知，a經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度為va，故a的動(dòng)量大小為pama，b離開(kāi)平臺(tái)后做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得hgt2及sbvbt，聯(lián)

17、立解得vbsb ，故b的動(dòng)量為pbmbvbmbsb 。(3)對(duì)物體a由光電門(mén)向左運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，則有v2asa，經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度va，由牛頓第二定律可得ag，聯(lián)立可得sa，則由題圖丙可知。3(2020湖南懷化市月考)如圖為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中選取兩個(gè)半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用天平測(cè)出兩個(gè)小球a、b的質(zhì)量分別為m1和m2；安裝實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽ab固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面bc連接在斜槽末端；先不放小球b，讓小球a從斜槽頂端a處由靜止釋放，標(biāo)記小球在斜面上的落點(diǎn)位置p；將小球b放在斜槽末端b處，仍讓小球a從斜槽頂端a處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標(biāo)記小球a、b在斜面上的落點(diǎn)位置；用毫米刻度尺測(cè)出各落點(diǎn)位置到斜槽末端b的距離，圖為m、p、n點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記下的小球在斜面上的三個(gè)落點(diǎn)位置，從m、p、n到b點(diǎn)的距離分別為sm、sp、sn。依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答下面問(wèn)題：(1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應(yīng)滿(mǎn)足m1m2(填“”“”或“m2。(2)小球a和小球b相撞后，小球b的速度比小球a碰前速度大，小球a的速度比碰前速度小，且小球a、b都做平拋運(yùn)動(dòng)，所以碰撞后小球a的落點(diǎn)是m點(diǎn)，小球b的落點(diǎn)是n