實驗七驗證動量守恒定律

實驗七驗證動量守恒定律實驗基礎命題研析實驗基礎落實基礎·提煉精髓●注意事項1.前提條件:碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”.2.方案提醒(1)若利用氣墊導軌進行實驗,調(diào)整氣墊導軌時,注意利用水平儀確保導軌水平.(2)若利用擺球進行實驗,兩小球靜放時球心應在同一水平線上,且剛好接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應在同一豎直面內(nèi).(3)若利用長木板進行實驗,可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力.(4)若利用斜槽小球碰撞應注意: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實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.●誤差分析本實驗誤差主要來源:(1)小球每次釋放位置存在差異.(2)小球離開軌道時的速度不水平.(3)M,N,P點位置確定存在誤差.

命題研析突破常規(guī)·注重創(chuàng)新命題點一常規(guī)實驗【典例1】(2018·河南濮陽一模)某實驗小組用如圖所示的實驗裝置驗證動量守恒定律,即研究兩個小球在水平軌道上碰撞前后的動量關(guān)系.裝置圖中O點為小球拋出點在水平地面上的垂直投影,實驗時先將入射小球m1,多次從斜軌道上的P位置由靜止釋放,找到其落地點的平均位置Q,測量水平射程OQ.接著將被碰小球置于水平軌道,再將入射小球m1從斜軌道上P位置由靜止釋放,與小球m2相碰,并重復多次,分別找到兩球相碰后落地點的平均位置.答案:(1)AD(2)實驗中,在確定小球落地點的平均位置時,通常采用的做法是

,其目的是減小實驗中的

(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”).

解析:(2)在進行實驗時,該實驗利用了多次實驗取平均值的思想進行的,在確定小球落點時注意采用的方法是用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓把所有的落點圈在里面,圓心即平均位置,這樣可以減小實驗過程中造成的偶然誤差.答案:(2)用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓,把所有落點圈在里面,圓心即平均位置偶然誤差(3)若兩球相碰前后動量守恒,其表達式為

;若碰撞是彈性碰撞,那么還應滿足的表達式為

.(兩空均用所測量的量表示)題組訓練1.如圖(甲)所示是氣墊導軌上的兩個滑塊的照片,導軌中間是滑塊A,質(zhì)量mA=0.20kg,右邊是滑塊B,質(zhì)量mB=0.30kg.圖(乙)是滑塊B向左運動中與滑塊A碰后合為一體的照片,頻閃照片的頻率f=10Hz.答案:(1)0.048

0.050(1)根據(jù)照片提供的信息,碰前的動量為

kg·m/s,碰后的動量為

kg·m/s.

(2)實驗結(jié)論:

.答案:(2)在誤差允許的范圍內(nèi),碰撞前后動量相等解析:(2)實驗結(jié)論:在誤差允許的范圍內(nèi),碰撞前后動量相等,在碰撞過程中動量守恒.2.(2019·湖南長沙模擬)某同學設計了一個用電磁打點計時器探究碰撞中的不變量的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速直線運動,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)做勻速直線運動.他設計的裝置如圖(甲)所示.小車A后連著紙帶,電磁打點計時器所用電源頻率為50Hz,長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力.解析:(1)從分析紙帶上打點的情況看,BC段既表示小車做勻速運動,又表示小車有較大速度,因此BC段能較準確地描述小車A在碰撞前的運動情況,應選用BC段計算小車A碰前的速度.從CD段打點的情況看,小車的運動情況還沒穩(wěn)定,而在DE段內(nèi)小車運動穩(wěn)定,故應選用DE段計算A和B碰后的共同速度.答案:(1)BC

DE

(1)若已測得打點紙帶如圖(乙)所示,并測得各計數(shù)點間距(已標在圖上).A為運動的起點,則應選

段來計算A碰前的速度.應選

段來計算A和B碰后的共同速度.(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

答案:(2)0.420

0.417(2)已測得小車A的質(zhì)量m1=0.4kg,小車B的質(zhì)量為m2=0.2kg,則碰前兩小車的總動量為

kg·m/s,碰后兩小車的總動量為

kg·m/s.

命題點二創(chuàng)新實驗【典例2】(2014·全國Ⅱ卷,35)現(xiàn)利用圖(a)所示的裝置驗證動量守恒定律.在圖(a)中,氣墊導軌上有A,B兩個滑塊,滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片,左側(cè)與打點計時器(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,光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間.實驗測得滑塊A的質(zhì)量m1=0.310kg,滑塊B的質(zhì)量m2=0.108kg,遮光片的寬度d=1.00cm;打點計時器所用交流電的頻率f=50.0Hz.將光電門固定在滑塊B的右側(cè),啟動打點計時器,給滑塊A一向右的初速度,使它與B相碰.碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB=3.500ms,碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示.若實驗允許的相對誤差絕對值(||×100%)最大為5%,本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律?寫出運算過程.答案:見解析【典例3】(2019·廣東汕尾模擬)氣墊導軌是常用的一種實驗儀器.它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導軌上,滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律,實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計).采用的實驗步驟如下:①用天平分別測出滑塊A,B的質(zhì)量mA,mB.②調(diào)整氣墊導軌,使導軌處于水平.③在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧,用電動卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導軌上.④用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1.⑤按下電鈕放開卡銷,同時使分別記錄滑塊A,B運動時間的計時器開始工作.當A,B滑塊分別碰撞C,D擋板時停止計時,記下A,B分別到達C,D的運動時間t1和t2.答案:(1)B的右端至D板的距離L2(1)實驗中還應測量的物理量是

.解析:(1)驗證動量守恒,需要知道物體的運動速度,在已經(jīng)知道運動時間的前提下,需要測量運動物體的位移,即需要測量的量是B的右端至D板的距離L2.(2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù),驗證動量守恒定律的表達式是

,上式中算得的A,B兩滑塊的動量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因是

.答案:(3)見解析

(3)利用上述實驗數(shù)據(jù)能否測出被壓縮彈簧的彈性勢能的大小?如能,請寫出表達式:

.1.(2019·河北石家莊模擬)如圖所示是用來驗證動量守恒的實驗裝置.彈性球1用細線懸掛于O點,O點正下方桌子的邊沿有一豎直立柱.實驗時,調(diào)節(jié)懸點,使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2接觸且兩球等高.將球1拉到A點,并使之靜止.釋放球1,當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞.碰后球1向左最遠可擺到B點,球2落到水平地面上的C點.測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1,2兩球碰撞時動量守恒.現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a,B點離水平桌面的距離為b,C點與桌子邊沿間的水平距離為c.此外:題組訓練(1)還需要測量的量是

、

和

.解析:(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化,根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b,由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度,故再測量彈性球1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動量變化;根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化,因此測量出彈性球2的質(zhì)量和立柱高h、桌面高H就能求出彈性球2的動量變化.答案:(1)彈性球1,2的質(zhì)量m1,m2立柱高h桌面高H

(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),該實驗中動量守恒的表達式為

.(忽略小球的大小)2.(2019·河南洛陽模擬)某小組用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律,裝置固定在水平面上,圓弧形軌道下端切線水平,兩球半徑相同,兩球與水平面的動摩擦因數(shù)相同.實驗時,先測出A,B兩球的質(zhì)量mA,mB,讓球A多次從圓弧形軌道上某一位置由靜止釋放,記下其在水平面上滑行距離的平均值x0,然后把球B靜置于軌道下端水平部分,并將球A從軌道上同一位置由靜止釋放,并與球B相碰,重復多次.(1)為確保實驗中球A不反向運動,則mA,mB應滿足的關(guān)系是

.解析:(1)為防止兩球碰撞后入射球反彈,入射球(球A)的質(zhì)量應大于被碰球(球B)的質(zhì)量,即mA>mB.答案:(