專題六 實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

1、專題六 實(shí)驗(yàn)七驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律第1頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日2實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)需測(cè)量物體質(zhì)量和速度，質(zhì)量可用天平直接測(cè)量，測(cè)速度的方案有：(1)利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度利用平拋運(yùn)動(dòng)下落高度相同時(shí)，水平速度與水平距離成正比此方案所用器材：斜槽，大小相等、質(zhì)量不同的小鋼球兩個(gè)，重錘線一條，白紙，復(fù)寫(xiě)紙，天平，刻度尺，圓規(guī)，三角板(2)利用光電門(mén)測(cè)速度，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度此方案所用器材：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、橡皮泥第2頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(1)

2、質(zhì)量分別為m1 和m2的兩小球發(fā)生正碰，若碰前m1 運(yùn)動(dòng)，m2 靜止，根據(jù)動(dòng)量守恒定律應(yīng)有m1v1m1v1m2v2.(2)各小球在同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，則動(dòng)量守恒時(shí)有m1OPm1OMm2ON.(見(jiàn)圖 S71)3利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)原理圖 S71第3頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日4利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)步驟(1)先用天平測(cè)出小鋼球質(zhì)量 m1、m2.(2)按要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端點(diǎn)切線水平，把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上，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，確保碰撞后的速度方向水平(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫(xiě)

3、紙(4)在白紙上記下重錘線所指的位置 O，它表示入射小球m1碰前的球心豎直投影的位置第4頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(5)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(huà)盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球不碰時(shí)的落地點(diǎn)平均位置 P.(6)把被碰小球放在小支柱上，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，仿步驟(5)求出入射小球落點(diǎn)的平均位置 M 和被碰小球落點(diǎn)的平均位置 N.(7)過(guò) O、N 在紙上作一直線，取 OO2r，O就是被碰小球碰撞時(shí)的球心豎直投影的位置(8)用刻度尺量出線段 OM、OP、ON 的

4、長(zhǎng)度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入 m1OPm1OMm2ON，看是否成立第5頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(9)整理實(shí)驗(yàn)器材放回原處5利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速度實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)(1)斜槽末端必須水平(2)入射小球每次都必須從斜槽上同一高度滾下(3)白紙鋪好后不能移動(dòng)(4)入射小球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰小球的質(zhì)量，即 m1m2，且r1r2r.第6頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日1如圖 S72 所示為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖. 圖 S72(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()CAm1m2，r1r

5、2Cm1m2，r1r2Bm1m2，r1r2Dm1m2，r1r2第7頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(2) 為完成此實(shí)驗(yàn)，以下所提供的測(cè)量工具中必需的是_(填下列對(duì)應(yīng)的字母)A直尺C天平B游標(biāo)卡尺D秒表(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為 m1，被碰小球的質(zhì)量為 m2，P 為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式_(用 m1、m2 及圖中字母表示)成立，即表示碰撞中動(dòng)量守恒ACm1OPm1OMm2ON第8頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日2某同學(xué)用圖 S73 甲中所示裝置通過(guò)半徑相同的 A、B兩球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律圖中 PQ 是斜槽，QR 為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)先使

6、 A 球從斜槽上某一固定位置 G 由靜止開(kāi)始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡重復(fù)上述操作 10 次，得到 10 個(gè)落點(diǎn)痕跡再把 B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓 A 球仍從位置 G 由靜止開(kāi)始滾下，和 B 球碰撞后，A、B 球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡重復(fù)這種操作 10 次，實(shí)驗(yàn)圖中 O 點(diǎn)是水平槽末端 R 在記錄紙上的垂直投影點(diǎn)B 球落點(diǎn)痕跡如圖S73乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O 所在的平面，米尺的零點(diǎn)與 O 點(diǎn)對(duì)齊第9頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日甲乙圖 S73(1)碰撞后 B 球的水平射程應(yīng)取為_(kāi) .第10頁(yè)，共28頁(yè)，20

7、22年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(2)在以下選項(xiàng)中，哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量？答：_(填選項(xiàng)號(hào))A.水平槽上未放 B 球時(shí)，測(cè)量 A 球落點(diǎn)位置到 O 點(diǎn)的距離B.A 球與 B 球碰撞后，測(cè)量 A 球落點(diǎn)位置到 O 點(diǎn)的距離C.測(cè)量 A 球或 B 球的直徑D.測(cè)量 A 球和 B 球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)E.測(cè)量 G 點(diǎn)相對(duì)水平槽面的高度第11頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日的值選項(xiàng)是必要的解析：(1)將10 個(gè)點(diǎn)圈在內(nèi)的最小圓的圓心作為落點(diǎn)平均位置，可由刻度尺測(cè)得碰撞后 B 球的水平射程為64.7 cm，因最后一位數(shù)字為估計(jì)值，所以允許誤差0.1 cm，因此

8、64.6 cm和64.8 cm也是正確的(2)從同一高度做平拋運(yùn)動(dòng)的物體飛行時(shí)間t 相同，所以需要測(cè)出的量有：不碰時(shí)A 球的水平射程，碰后A 球的水平射程，B球碰后的水平射程，mA、mB的大小或mAmB答案：64.7ABD第12頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日題型實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考查和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的應(yīng)用【例題】(2011 年北京卷)如圖 S74，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)定小球碰撞前后的速度是不容易的但是，可以通過(guò)僅測(cè)量_(填選項(xiàng)前的符號(hào))，間接地解決這個(gè)問(wèn)題A小球開(kāi)始釋放高度 hB小球拋出點(diǎn)距地面的高

9、度 HC小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程第13頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日?qǐng)D S74(2)圖 S74 中 O 點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球 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(cè)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)接下來(lái)要完成的必要步驟是_(填選項(xiàng)前的符號(hào))第14頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日A用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量 m1、m2B測(cè)量小球 m1 開(kāi)始釋放高度 hC測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度 HD分別找到 m

10、1、m2 相碰后平均落地點(diǎn)的位置 M、NE測(cè)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_(kāi)用(2)中測(cè)量的量表示；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為_(kāi)用(2)中測(cè)量的量表示第15頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(4)經(jīng)測(cè)定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地點(diǎn)的平均位置距 O 點(diǎn)的距離如圖 S75 所示碰撞前后 m1 的動(dòng)量分別為p1 與 p1，則 p1p1_11；若碰撞結(jié)束時(shí) m2 的動(dòng)量為 p2，則 p1p211_.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碰撞前、后總動(dòng)量的比值 p1p1p2為_(kāi)圖 S75第16頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)

11、43分，星期日(5)有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗(yàn)中僅更換兩個(gè)小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程增大請(qǐng)你用(4)中已知的數(shù)據(jù)，分析和計(jì)算出被碰小球m2平拋運(yùn)動(dòng)射程O(píng)N的最大值為_(kāi)cm.解析：(1)在落地高度不變的情況下，水平位移就能反映平拋初速度的大小，所以，僅測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程就能間接測(cè)量速度(2)測(cè)量平均落點(diǎn)的位置，找到平拋的水平位移，因此步驟中D、E 是必須的，而且D 先E 后，至于用天平測(cè)質(zhì)量先后均可第17頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日第18頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日答案：(1)C(2)ADE 或 DAE 或

12、DEA(3)m1OMm2ONm1OP m1OM2m2ON2m1OP2(4)14 2.911.01(5)76.80第19頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日1用半徑相同的小球 1 和小球 2 的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 S76 所示，斜槽與水平槽圓滑連接安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫(xiě)紙，記下重錘線所指的位置 O.接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：步驟 1：不放小球 2，讓小球 1 從斜槽上 A 點(diǎn)由靜止?jié)L下，并落在地面上重復(fù)多次，用盡可能小的圓把小球的所有落點(diǎn)圈在里面，其圓心就是小球落點(diǎn)的平均位置；圖 S76第20頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43

13、分，星期日步驟 2：把小球 2 放在斜槽前端邊緣位置 B，讓小球 1 從 A點(diǎn)由靜止?jié)L下，使它們碰撞重復(fù)多次，并使用與步驟 1 同樣的方法分別標(biāo)出碰撞后兩小球落點(diǎn)的平均位置；步驟 3：用刻度尺分別測(cè)量三個(gè)落地點(diǎn)的平均位置 M、P、N 離 O 點(diǎn)的距離，即線段 OM、OP、ON 的長(zhǎng)度(1)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)操作，下列說(shuō)法正確的是_ACEA應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滾下B斜槽軌道必須光滑C斜槽軌道末端必須水平D實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，白紙可以移動(dòng)，復(fù)寫(xiě)紙不能移動(dòng)E小球 1 的質(zhì)量應(yīng)大于小球 2 的質(zhì)量第21頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(2)本實(shí)驗(yàn)除需測(cè)量線段 OM、OP、ON

14、的長(zhǎng)度外，還需要C測(cè)量的物理量有_AA、B 兩點(diǎn)間的高度差 h1BB 點(diǎn)離地面的高度 h2m1OP2 m1OM2 m2ON2C小球 1 和小球 2 的質(zhì)量 m1、m2D小球 1 和小球 2 的半徑 rm1OPm1OMm2ON(3) 當(dāng)所測(cè)物理量滿足表達(dá)式_( 用所測(cè)物理量的字母表示)時(shí)，即說(shuō)明兩球碰撞遵守動(dòng)量守恒定律如果還滿足表達(dá)式_(用所測(cè)物理量的字母表示)時(shí)，即說(shuō)明兩球碰撞時(shí)無(wú)機(jī)械能損失第22頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日(4)完成上述實(shí)驗(yàn)后，某實(shí)驗(yàn)小組對(duì)上述裝置進(jìn)行了改造，如圖 S77 所示在水平槽末端與水平地面間放置了一個(gè)斜面，斜面的頂點(diǎn)與水平槽等高且無(wú)縫連接

15、使小球 1 仍從斜槽上 A點(diǎn)由靜止?jié)L下，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 1 和 2 的操作，得到兩球落在斜面上的平均落點(diǎn) M、P、N.用刻度尺測(cè)量斜面頂點(diǎn)到 M、P、N三點(diǎn)的距離分別為 l1、l2、l3.則驗(yàn)證兩球碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_(kāi)(用所測(cè)物理量的字母表示)圖 S77第23頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日2(2010 年珠海二模)如圖S78 所示，某同學(xué)利用半徑相同、質(zhì)量較小的 A 球和質(zhì)量較大的 B 球來(lái)探究動(dòng)量守恒定律，圖中 QR 為水平槽實(shí)驗(yàn)時(shí)，他讓 A 球從斜槽上某一固定位置G由靜止?jié)L下，落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡，重復(fù)上述操作 10 次；再把 B球放在水平槽

16、末端，讓 A 球仍從位置G由靜止?jié)L下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自落點(diǎn)的痕跡，重復(fù)操作 10 次圖中的O是水平槽末端的垂直投影點(diǎn)用天平稱量出兩球的質(zhì)量，用米尺測(cè)量出各球落點(diǎn)的平均位置到 O點(diǎn)的距離，如下表：第24頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日mA/gmB/gOM/cmON/cmOP/cm10.040.039.3054.8598.29(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析可得：M 點(diǎn)是 B 球的落點(diǎn)，則 N 點(diǎn)是 A 球在_的落點(diǎn)，P 點(diǎn)是 A 球在_的落點(diǎn)(填“碰撞前”或“碰撞后”)碰撞后碰撞前(2)取小球做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為單位時(shí)間，用 mA、mB 和圖中字母表示碰

17、撞前的總動(dòng)量 p1_，碰撞后的總動(dòng)量 p2_.mAOPmBOMmAON圖 S78第25頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日A 球碰后反彈回去，在軌道上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，要克服摩擦力做功而消耗機(jī)械能，它再次運(yùn)動(dòng)到斜槽末端時(shí)，速度較碰撞后小，因此(mBOMmAON)比 mAOP要大(3)將表中數(shù)據(jù)代入發(fā)現(xiàn) p1_(填“大于”、“等于”或“小于”)p2，其主要原因是：_.小于第26頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日1(2009 年四川卷)氣墊導(dǎo)軌(如圖 S79 甲)工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為 a 的滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別與穿過(guò)打圖 S79第27頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)43分，星期日?qǐng)D S79 乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的 6 個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶，用刻度