2025年高考物理一輪總復習課件 第7章 實驗8 驗證動量守恒定律

第七章動量和動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破提能訓練練案[36]實驗知識·自主回顧一、實驗原理二、實驗方案方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒[實驗器材]氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、游標卡尺等。[實驗步驟]1．測質(zhì)量：用_______測出滑塊質(zhì)量。2．安裝：正確安裝好氣墊導軌。3．實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測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改變滑塊的初速度大小和方向)。天平[數(shù)據(jù)處理]1．滑塊速度的測量：v＝______，式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間。2．驗證的表達式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。方案二利用斜槽滾球驗證動量守恒定律[實驗器材]斜槽、小球(兩個)、天平、復寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等。[實驗步驟]1．測質(zhì)量：用_______測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球。2．安裝：按照如圖所示安裝實驗裝置。調(diào)整固定斜槽使斜槽底端_______。天平水平3．鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好。記下重垂線所指的位置O。4．單球找點：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10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心_____就是小球落點的平均位置。5．碰撞找點：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，重復實驗10次。用步驟4的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N，如圖所示。改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?，重復實驗。P[數(shù)據(jù)處理]1．小球水平射程的測量：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度。2．驗證的表達式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。[注意事項]1．前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。2．案例提醒(1)若利用氣墊導軌進行驗證，調(diào)整氣墊導軌時，應確保導軌_______。(2)若利用平拋運動規(guī)律進行驗證：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上___________由靜止釋放；③選質(zhì)量較_____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。水平同一位置大核心考點·重點突破1教材原型實驗(基礎考點·自主探究)【跟蹤訓練】(利用斜槽滾球驗證動量守恒定律)用如圖所示裝置驗證動量守恒定律。先安裝好實驗裝置，在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙，記下重垂線所指的位置O。接下來的實驗步驟如下：步驟1：不放小球2，讓小球1從斜槽上A點由靜止?jié)L下，并落在地面上。重復多次，用盡可能小的圓，把小球的所有落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置；步驟2：把小球2放在斜槽末端邊緣位置B，讓小球1從A點由靜止?jié)L下，使它們碰撞，重復多次，并使用與步驟1同樣的方法分別標出碰撞后兩小球落點的平均位置；步驟3：用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置M、P、N離O點的距離，即線段OM、OP、ON的長度。(1)對于上述實驗操作，下列說法正確的是________；A．小球1每次必須在斜槽上相同的位置從靜止?jié)L下B．小球1可以在斜槽上不同的位置從靜止?jié)L下C．斜槽軌道末端必須水平D．斜槽軌道必須光滑AC(2)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，需_____；A．m1>m2，r1>r2B．m1>m2，r1＝r2C．m1<m2，r1>r2D．m1<m2，r1＝r2B(3)上述實驗除需測量線段OM、OP、ON的長度外，還需要測量的物理量有_____；A．A、B兩點間的高度差h1B．B點離地面的高度h2C．小球1和小球2的質(zhì)量m1、m2D．小球1和小球2的半徑r1、r2(4)當所測物理量滿足表達式_______________________________(用所測物理量的字母表示)時，即說明兩球碰撞遵守動量守恒定律。Cm1·OP＝m1·OM＋m2·ON[解析]

(1)小球1每次自由滾下時，需保證高度不變，以保證小球1滾到斜槽末端時的速度不變，故A正確，B錯誤；斜槽末端必須水平，以保證小球1碰撞前速度水平，并且保證小球1、2做平拋運動，故C正確；只要小球1從同一位置釋放即可，并不需要保證斜槽光滑，故D錯誤。(2)在小球碰撞前后，由動量守恒定律可得m1v0＝m1v1＋m2v2為了保證碰撞前后，小球1的速度方向不變，故需滿足m1>m2，且為了保證兩小球發(fā)生對心正碰，需滿足r1＝r2，故A、C、D錯誤，B正確。根據(jù)動量守恒定律，可得m1v0＝m1v1＋m2v2解得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。由表達式可知，不必測量A、B兩點間的高度差和B離地面的高度，A、B錯誤；驗證動量守恒定律時，需要小球的質(zhì)量，C正確；小球的半徑保證一樣即可，無需測量兩小球的半徑，D錯誤。(利用氣墊導軌驗證動量守恒定律)某同學欲采用氣墊導軌和光電計時器等器材進行“驗證動量守恒定律”的實驗。實驗裝置如圖所示，下面是實驗的主要步驟：①安裝好氣墊導軌和光電門，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；②測得A和B兩滑塊上遮光片的寬度均為d；③得到A、B兩滑塊(包含遮光片)的質(zhì)量m1、m2；④向氣墊導軌通入壓縮空氣；⑤利用氣墊導軌左右的彈射裝置，使滑塊A、B分別向右和向左運動，測出滑塊A、B在碰撞前經(jīng)過光電門過程中的擋光時間分別為Δt1和Δt2；⑥觀察發(fā)現(xiàn)滑塊A、B碰撞后通過粘膠粘合在一起，運動方向與滑塊B碰撞前運動方向相同，此后滑塊A再次經(jīng)過光電門時擋光時間為Δt。試解答下列問題：(1)碰撞前滑塊A的速度大小為______，碰撞前滑塊B的速度大小為______。(2)為了驗證碰撞中動量守恒，需要驗證的關系式是_______________________(用題中物理量表示)。(3)有同學認為利用此實驗裝置還能計算碰撞過程中損失的機械能。請用上述實驗過程測出的相關物理量，表示出A、B系統(tǒng)在碰撞過程中損失的機械能ΔE＝______________________。2創(chuàng)新實驗提升(能力考點·深度研析)1．實驗方案和器材的改進驗證動量守恒定律關鍵是碰前和碰后速度的測定，除了可以用光電門、平拋運動測速度，還可以用動能定理測物體在水平面上的速度，用機械能守恒定律測物體做圓周運動的速度。2．實驗方法的遷移應用利用此方法可以驗證碰撞過程中是否有動能損失。?考向1實驗裝置的改進

用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2，且m1>m2；直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通過測量相關量，來間接解決這個問題。下面是三個實驗小組的實驗情況：(1)實驗小組甲的實驗裝置如圖1所示。圖中O點是小球拋出點在水平地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上A位置靜止釋放；然后把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1，從斜軌上A位置靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復，分別找到小球的平均落點M1、P1、N1，并測量出平均水平位移OM1、OP1、ON1的長度x1、x2、x3。(用上述步驟中測量的量表示)，若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為：_________________。m1x2＝m1x1＋m2x3(2)實驗小組乙的實驗裝置如圖2所示。在水平槽末端的右側放置一個豎直屏，豎直屏的O點與小球的球心等高。使小球1仍從斜槽上A點由靜止?jié)L下，重復實驗(1)的操作，得到兩球落在豎直屏上的平均落點M2、P2、N2，量出OM2、OP2、ON2的高度h1、h2、h3。(用上述步驟中測量的量表示)，則驗證兩球碰撞過程中動量守恒的表達式為：_______________。(3)實驗小組丙的實驗裝置如圖3所示。在水平槽末端與水平地面間放置了一個斜面，斜面的頂點與水平槽等高且無縫連接。使小球1仍從斜槽上A點由靜止?jié)L下，重復實驗(1)的操作，得到兩球落在斜面上的平均落點M3、P3、N3，用刻度尺測量斜面頂點到M3、P3、N3三點的距離分別為l1、l2、l3。(用上述步驟中測量的量表示)則驗證兩球碰撞過程中動量守恒的表達式為____________________。[解析]

(1)設小球1碰撞前瞬時速度為v0，碰撞后瞬間小球1、小球2的速度分別為v1、v2。小球離開軌道后做平拋運動，由于小球拋出點的高度均相同，在空中的運動時間t相等，水平位移x與其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度。無碰撞時小球1的平均落點為P1，碰撞后小球1、小球2的平均落點分別為M1、N1。若兩球碰撞過程動量守恒，則有：m1v0＝m1v1＋m2v2，又有x2＝v0t，x1＝v1t，x3＝v2t，聯(lián)立整理得m1x2＝m1x1＋m2x3。若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為m1x2＝m1x1＋m2x3。(2)設小球在B點平拋初速度為v，水平位移為x，豎直位移為H，對于平拋運動有若兩球相碰前后的動量守恒，需滿足m1v0′＝m1v1′＋m2v2′，(3)設斜面傾角為θ，平拋初速度為v，落點與拋出點的距離為L，對于平拋運動?考向2實驗方案的改進(2023·遼寧卷)某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設計了如下實驗：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行實驗。測量硬幣的質(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某一位置，標記此位置為B。由靜止釋放甲，當甲停在水平面上某處時，測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處，左側與O點重合，將甲放置于B點由靜止釋放。當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON。保持釋放位置不變，重復實驗若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實驗中，