2025高考物理總復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

第6講實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律高考總復(fù)習(xí)2025強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破目錄索引強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證動(dòng)量守恒定律。二、實(shí)驗(yàn)思路在一維碰撞中,測(cè)出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v',找出碰撞前的動(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動(dòng)量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動(dòng)量是否守恒。[方案一]利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(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、游標(biāo)卡尺等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量。2.安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。

作用是減少摩擦力3.實(shí)驗(yàn):接通電源,利用配套的數(shù)字計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度)。數(shù)據(jù)記錄分析處理1.滑塊速度的測(cè)量:v=,式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說(shuō)明書(shū)上給出,也可直接測(cè)量),Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過(guò)光電門(mén)的時(shí)間。2.驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。[方案二]利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫(xiě)紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.測(cè)質(zhì)量: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?.安裝:按照如圖甲所示的原理圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。

保證平拋甲3.鋪紙:白紙?jiān)谙?復(fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好。記下鉛垂線(xiàn)所指的位置O。

確定水平運(yùn)動(dòng)初始點(diǎn)4.單球找點(diǎn):不放被撞小球,每次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)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面。圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置。5.碰撞找點(diǎn):把被撞小球放在斜槽末端,每次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。改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?重復(fù)實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)記錄分析處理1.小球水平射程的測(cè)量:連接ON,測(cè)量線(xiàn)段OP、OM、ON的長(zhǎng)度。2.驗(yàn)證的表達(dá)式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。乙三、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)操作等。(1)碰撞是否為一維碰撞。(2)氣墊導(dǎo)軌是否完全水平,入射小球的釋放高度存在差異。2.偶然誤差:主要來(lái)源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測(cè)量。四、注意事項(xiàng)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)行驗(yàn)證,給滑塊的初速度應(yīng)沿著導(dǎo)軌的方向。(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變?！痢獭痢萄锌键c(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考向一

實(shí)驗(yàn)原理與操作典題1(2023湖南衡陽(yáng)模擬)某同學(xué)用平拋運(yùn)動(dòng)演示儀驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒,如圖所示,實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:(1)將斜槽末端處的切線(xiàn)調(diào)成

。

(2)將O點(diǎn)處的小球b移開(kāi),將小球a從P點(diǎn)由靜止釋放,記錄下小球a在水平面上的落點(diǎn)位置為C。(3)在O點(diǎn)處放上小球b,再將小球a從P點(diǎn)由靜止釋放,記錄下兩球落在水平面上的位置,在本次操作中,小球a的質(zhì)量應(yīng)

(選填“大于”“等于”或“小于”)小球b的質(zhì)量。

水平大于(4)測(cè)出各落點(diǎn)位置與水平面上A點(diǎn)(OA與水平面垂直)間的距離分別為AB=L1、AC=L2、AD=L3。(5)用天平測(cè)出小球a、b的質(zhì)量分別為m1、m2,若滿(mǎn)足m1L2=

,則兩小球碰撞時(shí)遵循動(dòng)量守恒;若滿(mǎn)足=

(用m1、m2表示),則兩小球碰撞為彈性碰撞。

m2L3+m1L1解析

(1)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度方向應(yīng)該是沿水平方向,所以應(yīng)將斜槽末端處的切線(xiàn)調(diào)成水平。(3)為防止小球a反彈,小球a的質(zhì)量應(yīng)大于小球b的質(zhì)量?？枷蚨?/p>

數(shù)據(jù)處理與誤差分析典題2(2023江蘇蘇州模擬)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)中先讓小球a從斜槽軌道上某點(diǎn)由靜止?jié)L下落在水平地面上,反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)記錄平均落點(diǎn)位置為B。然后將小球b放在斜槽末端,讓小球a從斜槽上由靜止?jié)L下與小球b相碰后兩球分別落在水平地面上,反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)記錄落點(diǎn)位置。已知斜槽末端的豎直高度H=45.00cm,ma=0.2kg,mb=0.1kg,重力加速度g取10m/s2,空氣阻力不計(jì),小球落地點(diǎn)距離O點(diǎn)(斜槽末端正下方)的距離如圖乙所示?；卮鹣铝袉?wèn)題:甲乙(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)不必要的條件是

。

A.斜槽末端必須保持水平B.a、b兩球的半徑必須相等C.a、b兩球的密度必須相等D.小球a每次下落的起點(diǎn)位置必須相同(2)本實(shí)驗(yàn)探究水平動(dòng)量守恒的表達(dá)式可以表示為

(用ma、mb、OA、OB、OC表示)。

(3)碰撞后小球b的水平動(dòng)量為

(保留三位有效數(shù)字)。

Cma·OB=ma·OA+mb·OC0.160(5)若實(shí)驗(yàn)中小球每次落到水平面上的落點(diǎn)不完全相同,可以用

作為平均落地點(diǎn)位置。

守恒

包含落點(diǎn)的小圓圓心

解析

(1)實(shí)驗(yàn)中利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證小球碰撞中水平動(dòng)量守恒,所以斜槽末端必須水平,故A正確,不符合題意;實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保證兩球發(fā)生對(duì)心碰撞,且入射小球a的質(zhì)量大于被碰小球b的質(zhì)量,所以?xún)尚∏虬霃綉?yīng)相等,而密度不等,故B正確,不符合題意,C錯(cuò)誤,符合題意;為保證小球a每次碰小球b的速度相同,故小球a每次下落的起始位置要相同,故D正確,不符合題意。(5)為減小誤差,應(yīng)將落點(diǎn)用一個(gè)盡可能小的圓將所有落點(diǎn)圈起來(lái),最終以“包含落點(diǎn)的小圓圓心”為落點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量?？键c(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新考向一

實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新典題3(2023遼寧卷)某同學(xué)為了驗(yàn)證對(duì)心碰撞過(guò)程中的動(dòng)量守恒定律,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段,選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖(a)圖(b)測(cè)量硬幣的質(zhì)量,得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2),將硬幣甲放置在斜面上某一位置,標(biāo)記此位置為B。由靜止釋放甲,當(dāng)甲停在水平面上某處時(shí),測(cè)量甲從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側(cè)與O點(diǎn)重合,將甲放置于B點(diǎn)由靜止釋放。當(dāng)兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測(cè)量甲、乙從O點(diǎn)到停止處的滑行距離OM和ON,保持釋放位置不變,重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實(shí)驗(yàn)中,甲選用的是

(選填“一元”或“一角”)硬幣;

(2)碰撞前,甲到O點(diǎn)時(shí)速度的大小可表示為

(設(shè)硬幣與紙板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g);

一元

(3)若甲、乙碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒,則=

(用m1和m2表示),然后通過(guò)測(cè)得的具體數(shù)據(jù)驗(yàn)證硬幣對(duì)心碰撞過(guò)程中動(dòng)量是否守恒;

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差,計(jì)算得到碰撞前后甲動(dòng)量變化量大小與乙動(dòng)量變化量大小的比值不是1,寫(xiě)出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因:

。

存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點(diǎn)等(答案合理即可)解析

(1)甲碰撞乙,為了使碰撞后甲的速度方向不變,則甲的質(zhì)量應(yīng)該大于乙的質(zhì)量,已知一元硬幣的質(zhì)量大于一角硬幣的質(zhì)量,所以甲選用的是一元硬幣。考向二

實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)典題4

某物理興趣小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。在足夠大的水平平臺(tái)上的A點(diǎn)放置一個(gè)光電門(mén),其右側(cè)摩擦很小,可忽略不計(jì),左側(cè)為粗糙水平面。當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間,不計(jì)空氣阻力。采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下:Ⅰ.在小滑塊a上固定一個(gè)寬度為d的窄擋光片;Ⅱ.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;Ⅲ.a和b間用細(xì)線(xiàn)連接,中間夾一被壓縮了的輕短彈簧(與a、b不連接),靜止放置在平臺(tái)上;Ⅳ.細(xì)線(xiàn)燒斷后,a、b瞬間被彈開(kāi),向相反方向運(yùn)動(dòng);Ⅴ.記錄滑塊a通過(guò)光電門(mén)時(shí)擋光片的遮光時(shí)間t,滑塊a通過(guò)光電門(mén)后又運(yùn)動(dòng)了xa后停下;Ⅵ.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)距水平地面的高度h及平臺(tái)邊緣鉛垂線(xiàn)與B點(diǎn)之間的水平距離s;Ⅶ.改變彈簧壓縮量,進(jìn)行多次測(cè)量。(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度,如圖乙所示,則擋光片的寬度為

mm。

(2)針對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,同學(xué)們做了充分的討論,討論結(jié)果如下:①該實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證“動(dòng)量守恒定律”,則只需驗(yàn)證a、b彈開(kāi)后的動(dòng)量大小相等,即

=

(用上述實(shí)驗(yàn)所涉及物理量的字母表示);

②若該實(shí)驗(yàn)的