2022届高三统考物理人教版一轮复习学案：实验七 验证动量守恒定律 WORD版含答案.docx

1、实验七验证动量守恒定律实验溯本求源【利用气垫导轨验证动量守恒定律】测质量：用天平测出两滑块的质量安装：正确安装好气垫导轨测速：测出两滑块碰撞前、后的速度.【用两摆球碰撞验证动量守恒定律】测质量：用天平测出两球的质量安装：把两个等大的小球用等长悬线悬挂起来实验：一个小球静止，拉起另一个小球，然后松手，两球相碰测速：测碰撞后小球摆起的角度，算出对应的小球速度【利用打点计时器验证动量守恒定律】测质量：用天平测出两小车的质量安装：将打点计时器固定在光滑桌面的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车A的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮

2、泥中，把两小车连接成整体，随后两车一起运动测速：通过纸带上两计数点间的距离及打下两计数点的时间，由vxt算出两车碰撞前后的速度.【利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律】测质量：用天平测出两小球的质量，且m入射m被碰安装：调整固定斜槽使斜槽底端水平铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好记下重垂线所指的位置O. 找平均位置点：每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，小球滚下10次，用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面，找圆心；再将被碰小球放在图示位置处使其被入射小球碰撞后落下(入射小球的起始位置始终不变)，经过10次碰撞后，用同样的方法找入射小球和被碰小球落点所在最小圆的圆心测距离

3、：用刻度尺量出O到所找圆心的距离.误差分析1系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等(1)碰撞是否为一维(2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到长木板的摩擦力，入射小球的释放高度存在差异2偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量注意事项1前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”2方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证，给滑块的初速度应沿着导轨的方向(2)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内(3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力(4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应

4、注意调整斜槽，使斜槽末端水平，且选质量较大的小球为入射小球.实验热点探究考点一教材原型实验题型1 利用气垫导轨验证动量守恒例1 某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2向气垫导轨通入压缩空气利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运

5、动方向相同，此后滑块A再次经过光电门时挡光时间为t试解答下列问题：(1)碰撞前A滑块的速度大小为_，碰撞前B滑块的速度大小为_(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：_(用题中物理量表示)(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能请用上述实验过程测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E_.题型2|用打点计时器验证动量守恒定律例2 某实验小组同学为“验证动量守恒定律”设置实验装置如图甲所示，放在长木板上的小车A的前端粘有橡皮泥，现推动小车A使之做匀速运动然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A后连接纸带，电磁打点计时器

6、的电源频率为50 Hz.(1)下列说法正确的是_A需在长木板右端下面适当位置处垫放小木块用以平衡摩擦力B实验中A车的质量必须大于B车的质量C两车分别装上橡皮泥和撞针是为了碰撞后使两车粘在一起D实验时先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源(2)现获得一条纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)a为运动起始的第一点，则应选_段来计算A车的碰前速度，应选_段来计算A车和B车碰后的共同速度(填“ab”“bc”“cd”或“de”)(3)已测得小车A的质量m10.35 kg，小车B的质量m20.18 kg，由以上测量结果可得碰前总动量为_ kgm/s，碰后总动量为_ kgm/s.由此该小组同

7、学得出实验结论为_(计算结果保留三位有效数字)题型3用摆球的碰撞验证动量守恒定律例3 2021南昌三校联考某研究小组设计了如下实验来验证动量守恒定律：两条相同的竖直细线分别挂着两个等体积小球，质量分别是m1和m2，中间夹有一轻弹簧，再用一细线穿过弹簧连接两球，弹簧处于压缩状态但不与小球连接，用火烧断穿过弹簧的细线，两球分别向左、右运动，测出它们最大的摆角分别为、如图所示(1)实验过程中，_(选填“有”或“没有”)必要测出竖直细线的长度(2)理论上，质量大的小球摆角_(选填“大”或“小”)(3)试写出验证动量守恒的表达式：_.(用题中所给物理量表示)题型4|利用斜槽轨道验证动量守恒例4 2021

8、北京丰台二模在“验证动量守恒定律”的实验中，某同学采用如图所示的“碰撞实验器”来验证动量守恒定律(1)实验中，斜槽轨道末端_(填选项前的字母)A必须水平 B要向上倾斜 C要向下倾斜 (2)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2.实验要求m1_m2，r1_r2.(均选填“”“”或“”)(3)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影实验时，先让入射小球多次从斜槽上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛射程OP.然后，把被碰小球静置于轨道水平部分的末端，再将入射小球从斜槽上S位置由静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复空气阻力忽略不计接下来要完成的必要步骤是_(填

9、选项前的字母)A测量两个小球的质量m1、m2B测量入射小球开始释放时的高度hC测量抛出点距地面的高度HD分别找到入射小球、被碰小球相碰后落地点的平均位置M、NE测量平抛射程OM、ON(4)若两球相碰前后的动量守恒，则其表达式为_；若碰撞是弹性碰撞，则还可以写出的表达式为_(用上一问中测量的量表示)练12020山东模拟某同学在利用气垫导轨、滑块、数字计时器、光电门等器材验证动量守恒定律的实验中，用到两个相同的光电门1和光电门2及质量分别为400 g、200 g的滑块A和B，两滑块上分别固定有宽度相同的长方形遮光片，部分实验操作如下：(1)用精确度为0.02 mm的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如

10、图甲所示，其读数为_ cm.某次测量中，数字计时器记录的遮光片通过光电门的时间为40.0 ms，则滑块经过光电门时的速度大小为_ m/s(计算结果保留3位有效数字)(2)研究两个滑块的弹性碰撞：实验中给某个静止滑块适当的初速度，使其从左向右运动，与另一静止的滑块发生弹性碰撞，碰后两滑块的速度方向相同据此判断，实验开始时，气垫导轨上放置的器材1、器材2、器材3、器材4(如图乙)从左到右应依次为_a光电门1、滑块A、滑块B、光电门2b光电门1、滑块B、滑块A、光电门2c滑块A、光电门1、滑块B、光电门2d滑块B、光电门1、滑块A、光电门2(3)研究两个滑块的完全非弹性碰撞：实验中两个滑块碰撞后粘在

11、一起，从左向右先后通过两个光电门某次测得遮光片先通过一个光电门的速度大小为0.309 m/s，后通过另一个光电门的速度大小为0.311 m/s.若上述速度大小的差别由单一因素引起，该因素可能是_或_a遮光片倾斜 b空气阻力c气垫导轨不水平，左低右高 d气垫导轨不水平，左高右低考点二实验拓展创新多维探究题型1|实验方案的创新例5 2020大连质检某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验光滑的水平平台上的A点放置一个光电门实验步骤如下：A在小滑块a上固定一个窄挡光片；B用天平测得小滑块a(含挡光片)和小球b的质量分别为m1、m2；Ca、b之间用细线连接，中间夹一被压缩的水平轻短

12、弹簧(弹簧未与a、b连接)，静止放置在平台上；D烧断细线，a、b被弹开，向相反方向运动；E记录滑块a上挡光片通过光电门的时间t；F小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面上的B点，测出平台的上平面距水平地面的高度h及B点与平台边缘重垂线之间的水平距离x0；G改变弹簧压缩量，进行多次实验(1)用螺旋测微器测量挡光片的宽度d，如图乙所示，挡光片的宽度为_ mm.(2)若在误差允许范围内，满足m1dt_，则a、b与弹簧组成的系统在水平方向上动量守恒(用上述实验所涉及物理量的字母表示，重力加速度为g)题型2|实验拓展验证动量定理例6 2020全国卷，23某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括

13、：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等实验步骤如下：(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间_时，可认为气垫导轨水平；(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2；(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间t1、t2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力

14、冲量的大小I_，滑块动量改变量的大小p_；(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)(6)某次测量得到的一组数据为：d1.000 cm，m11.50102 kg，m20.400 kg，t13.900102 s，t21.270102 s，t121.50 s，取g9.80 m/s2.计算可得I_Ns，p_ kgms1；(结果均保留3位有效数字)(7)定义I-pI100%，本次实验_%(保留1位有效数字)练2在验证动量守恒定律实验中，实验装置如图所示，a、b是两个半径相等的小球，按照以下步骤进行操作：在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，撞

15、到木板并在白纸上留下痕迹O；将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B；把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C.(1)若碰撞过程中没有机械能损失，为了保证在碰撞过程中a球不反弹，a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1_m2.(选填“”“”或“”)(2)为完成本实验，必须测量的物理量有_A小球a开始释放的高度hB木板水平向右移动的距离lCa球和b球的质量m1、m2DO点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3.(3)在实验误差允许的范围内，若动量守恒，其关系式应为_实验七验证

16、动量守恒定律实验热点探究例1解析：(1)碰撞前A滑块的速度大小为vAdt1，碰撞前B滑块的速度大小为vBdt2.(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证关系式mBvBmAvA(mBmA)v，其中碰后的共同速度vdt，代入可得：m2t2-m1t1m1+m2t.(3)A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E12mAvA2+12mBvB212(mAmB)v2，代入可得：Ed22m1t12+m2t22-m1+m2t2答案：(1)dt1dt2(2)m2t2-m1t1m1+m2t(3) d22m1t12+m2t22-m1+m2t2例2解析：(1)为保证碰撞前后小车匀速直线运动且碰撞过程中动量守恒，因此实验中需要

17、平衡摩擦力，故A项正确；本实验中测量速度用的是打点计时器，因此碰撞后两小车必须粘在一起才能测出系统的末动量，所以C项正确；本实验中不需要满足小车A的质量大于小车B的质量，故B项错误；打点计时器使用过程中应先通电，后释放小车，故D项错误(2)从纸带上的点迹和数据看到，ab段表示小车A处于加速阶段，bc段表示小车A处于匀速运动阶段，cd段表示小车A与小车B处于碰撞缓冲阶段，de段表示小车A、B碰后一起做匀速直线运动，选bc段来计算A的碰前速度，应选de段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(3)计算小车A碰撞前的速度v00.315 00.1 m/s3.150 m/s，碰撞前的总动量P初m1v01.1

18、0 kgm/s，两车碰撞后的速度v共0.203 80.1 m/s2.038 m/s，碰撞后的总动量p末(m1m2)v共1.08 kgm/s，由此得出结论：在误差允许的范围内系统动量守恒答案：(1)AC(2)bcde(3)1.101.08在误差允许的范围内，系统动量守恒例3解析：烧断细线前后两球与弹簧组成的系统在水平方向动量守恒，取水平向左为正方向，由动量守恒定律得m1v1m2v20，烧断细线后小球第一次上摆的过程机械能守恒，选两球经过的最低水平面为零势能面，由机械能守恒定律，对左边小球有12m1v12m1gL(1cos )，对右边小球有12m2v22m2gL (1cos )，联立以上列式得m1

19、1-cosm21-cos.(1)根据以上分析，实验过程中没有必要测出竖直细线的长度(2)由m11-cosm21-cos可知，质量大的小球摆角小(3)由以上推导过程可知，实验需要验证的表达式是m11-cosm21-cos.答案：(1)没有(2)小(3)m11-cosm21-cos例4解析：(1)本实验验证动量守恒时以平抛的水平射程代替速度，所以斜槽轨道末端必须水平，从而保证两小球做的都是平抛运动(3)根据实验原理可知，接下来需要完成的必要步骤有：测量两个小球的质量m1、m2，分别找到两小球相碰后落地点的平均位置M、N，测量平抛的水平射程OM、ON，故A、D、E正确；入射小球开始释放时的高度h不需

20、要测量，因为小球每次都从斜槽上同一点由静止释放，到达斜槽末端的初速度为定值，这个定值可以通过平抛的水平射程间接反映出来，B错误；抛出点距地面的高度H也不需要测量，因为不管是哪个小球哪次下落，对应的下落高度都相同，由xvt和H12gt2得vx g2H，在H相同时，vx，所以没必要测出斜槽末端距地面的高度，C错误(4)由于vx，因此可以由验证m1v0m1v1m2v2转化为验证m1OPm1OMm2ON.因为弹性碰撞满足机械能守恒，即12m1v0212m1v12+12m2v22，所以应满足m1OP2m1OM2m2ON2答案：(1)A(2)(3)ADE(4)m1OPm1OMm2ONm1OP2m1OM2m

21、2ON2练1解析：(1)游标尺上零刻度线后面的第1条刻度线与主尺的一条刻度线对齐，故读数为2 cm10.02 mm2.002 cm，滑块的速度vdt2.00210-240.010-3 m/s0.501 m/s.(2)碰撞后滑块的速度方向相同，又已知滑块A的质量大于滑块B的质量，则说明是用滑块A碰撞静止的滑块B，光电门1(或2)测量滑块A的初速度，光电门2(或1)测量两滑块碰后的速度，所以气垫导轨上从左到右器材放置的次序应为滑块A、光电门1(或2)、滑块B、光电门2(或1)，选项c正确(3)可能是滑块上的遮光片发生倾斜，实际通过光电门的遮光片宽度发生变化，遮光时间发生变化，导致测量速度与实际速度

22、相比发生变化；也可能是气垫导轨不够水平，左高右低，碰撞后两滑块继续做加速运动，导致测量速度变大，选项a、d正确答案：(1)2.0020.501(2)c(3)ad例5解析：(1)挡光片的宽度d3.5 mm20.70.01 mm3.707 mm.(2)烧断细线，a、b被弹簧弹开，a通过光电门的速度大小v1dt，被弹开后a的动量大小Pam1dt，b从平台边缘飞出后做平抛运动，其初速度大小v2x0tx0g2h，被弹开后b的动量大小pbm2x0g2h；若papb，则a、b与弹簧组成的系统在水平方向上动量守恒答案：(1)3.707(3.7053.708范围内均可)(2)m2x0g2h例6解析：(1)滑块在

23、气垫导轨上运动时可认为阻力为零，当导轨水平放置时滑块匀速运动，遮光片通过两光电门的遮光时间大约相等(5)将砝码和砝码盘所受重力作为滑块所受拉力时，由冲量定义可知Im1gt12.滑块通过两光电门时的速度大小分别为vAdt1、vBdt2，故此过程中滑块动量改变量的大小为pm2vBm2vAm2dt2-dt1.(6)将数据代入上述表达式可得I0.221 Ns、p0.212 kgm/s.(7)由定义得I-pI100%4%.答案：(1)大约相等(5)m1gt12m2dt2-dt1(6)0.2210.212(7)4练2解析：在小球碰撞过程中水平方向动量守恒，故有m1v0m1v1m2v2，碰撞前后动能相等，故有12m1v0212m1v02=12m1v12+12m2v22，解得v1m1-m2m1+m2v0，若要使a球的速度方向不变，则m1m2；小球平抛运动的时间t2hg，则初速度vxtxg2h，显然平抛运动的初速度与下降高度二次方根的倒数成正比，当p0p1p2，即m1y2m1y3+m2y1成立时系统的动量守恒；由以上可知，需测量的物理量有a球和b球的质量m1、m2和O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3，C、D正确答案：(1)(2)CD(3)m1y2m1y3+m2y1