人教版高二物理选修3-5《验证动量守恒定律》实验学案含答案.docx

1、验证动量守恒定律实验目的验证动量守恒定律实验原理质量为m1和m2的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，根据动量守恒定律应有：m1v1m1v1m2v2因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律即m1OPm1OMm2ON，式中OP、OM和ON的意义如图所示 实验器材斜槽、大小相等质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板实验步骤1先用天平测出小球质

2、量m1、m2. 2按图642那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前端边缘处，调节实验装置使两小球碰时处于同一水平高度， 且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平3在地上铺一张白纸，在白纸上铺放复写纸4在白纸上记下重垂线所指的位置O. 5先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点P. 6把被碰小球放在斜槽前端边缘处，让入射小球从同一高度滚下，使它发生正碰，重复10次，仿步骤(5)求出入射小球落地点的平均位置M和被碰小球落

3、地点的平均位置N. 7用刻度尺测量线段OM、OP、ON的长度8整理好实验器材放回原处误差分析实验中发现碰撞后系统(m1、m2)水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，误差主要来源于：1难做到准确的正碰，则误差较大；斜槽末端不水平，得不到准确的平抛运动而造成误差2O、P、M、N各点定位不准确，测量和作图有偏差注意事项1本实验中两个小球质量不同，一定是质量大的作入射球，质量小的作被碰球，如果用质量小的与质量大的相碰，则质量小的球可能被反弹，这样就不能准确测定入射小球碰后的速度2该实验要确保斜槽末端水平检验是否水平的方法是：将小球轻轻放在斜槽末端的水平部分的任一位置，若小球均能保持静止，则表

4、明斜槽末端已水平3保证入射小球每次必须从同一高度由静止滚下，且尽可能的让小球的释放点高些4实验过程中，实验桌、斜槽及白纸的位置始终不变5在计算时一定要注意m1、m2和OP、OM、ON的对应关系例题某同学用图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律图中PQ是斜槽，QR为水平槽实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作10次，得到10个落点痕迹再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作10次图中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直

5、投影点B球落点痕迹如图乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐(1)碰撞后B球的水平射程应取为_ cm. (2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？_.(填选项号) A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C测量A球或B球的直径D测量A球与B球的质量(或两球质量之比) E测量G点相对于水平槽面的高度(1)64.7(从64.2 cm到65.2 cm的范围内都正确) (2)ABD 在做“验证动量守恒定律”的实验中，不需要测量的物理量有()A入射小球和被碰小球的质量B入射小球和被碰小球的直径C入射球

6、开始滚下时的初始位置与碰撞前位置的高度差D入射球未碰撞时飞出的水平距离C在“验证动量守恒定律”的实验中，关于入射小球在斜槽中释放点的高低对实验影响的说法中，正确的是()A释放点越低，小球受阻力越小，入射小球的入射速度越小，误差越小B释放点越高，两球碰后水平位移越大，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C释放点越高，两球相碰时相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，水平槽对被碰小球的阻力越小BC在“验证动量守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是()A碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不

7、是绝对沿水平方向B小球在空气中飞行时受到空气阻力C通过复写纸描得的各点，不是理想点，有一定的大小，从而带来作图上的误差D测量长度时有误差ACD如图在“验证碰撞中的动量守恒”实验中，仪器按要求安装好后开始实验，第一次不放被碰小球，第二次把被碰小球直接静止地放在斜槽末端的水平部分，在白纸上记录下重锤位置和各小球落点的平均位置依次为O、A、B、C，设入射小球和被碰小球的质量依次为m1、m2，则下列说法中正确的有()A第一、二次入射小球的落点依次是A、BB第一、二次入射小球的落点依次是B、AC第二次入射小球和被碰小球将同时落地Dm1m2BCD如图9所示为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置。下列说法中不

8、符合本实验要求的是 。（选填选项前面的字母）A入射球比靶球质量大或者小均可，但二者的直径必须相同B在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放C安装轨道时，轨道末端必须水平D需要使用的测量仪器有天平和刻度尺实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点，经多次释放入射球，在记录纸上找到了两球平均落点位置为M、P、N，并测得它们到O点的距离分别为OM、OP和ON。已知入射球的质量为m1，靶球的质量为m2，如果测得近似等于 ，则认为成功验证了碰撞中的动量守恒。 A；如图所示，甲、乙为两个实验的装置图 (1)甲、乙两图中，可以“验证动量守恒定律”的装置图是_ (2)关于甲、乙两个实验

9、，下列说法正确的是()A只有甲实验必须测量质量B只有乙实验中需要记录时间C乙实验必须使用重垂线D两个实验都需要使用刻度尺(1)甲(2)AD某同学用图示的装置做“验证动量守恒定律”的实验先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次 (1)本实验必须测量的物理量有_；A斜槽轨道末端到水平地面的高度HB小球a、b的质量ma、mbC小球a、b的半径rD小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE记录纸上O点到

10、A、B、C各点的距离OA、OB、OCFa球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2)根据实验要求，ma_mb(填“大于”、“小于”或“等于”)；(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有没有影响？(不必作分析)_；(4)为测定未放小球b时，小球a落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上的O点对齐，图给出了小球a落点附近的情况，由图可得OB距离应为_ cm； 来源:Z,xx,k.Com(5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_(1)BE(2)大于(3)b球先落地，对实验结果无影响(4)45.950.02(5)maOBmaOAmbOC用半径相同的

11、两个小球A、B的碰撞验证动量守恒定律，实验装置示意图如图所示，斜槽与水平槽圆滑连接实验时先不放B球，使A球从斜槽上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹再把B球静置于水平槽边缘处，让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后分别落在记录纸上留下各自的痕迹记录纸上的O点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM2.68 cm，OP8.62 cm，ON11.50 cm，并知A、B两球的质量比为21，则未放B球时A球落地点是记录纸上的_点，系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p的百分误差100%_%(结果保留一位有效数字)X*X*K答案：P；2OA球B球Q重锤线PPRMN图

12、1（1）用如图1所示的装置，来验证碰撞过程中的动量守恒。图中PQ是斜槽，QR为水平槽。O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，A、B两球的质量之比mA：mB3：1。先使A球从斜槽上某一高度处由静止释放，在水平地面的记录纸上留下落点痕迹P，重复10次，得到10个落点。再把B球放在水平槽上的末端R处，让A球仍从同一高度处由静止释放，与B球碰撞，碰后A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复10次。A、B两球在记录纸上留下的落点痕迹如图2所示，其中米尺的零点与O点对齐。碰撞后A球的水平射程应取_cm。 本实验巧妙地利用小球飞行的水平距离表示小球的水平速度。下面的实验条件中，可能不能使小球飞行的

13、水平距离的大小表示为水平初速度大小的是_。A使A、B两小球的质量之比改变为5：1 B升高小球初始释放点的位置 C使A、B两小球的直径之比改变为1：3 D升高桌面的高度，即升高R点距地面的高度利用此次实验中测得的数据计算碰撞前的总动量与碰撞后的总动量的比值为 。（结果保留三位有效数字）答案：14.4514.50 C 1.011.02 下图所示为气垫导轨。导轨上的两滑块质量相等，两滑块上的挡光片宽度相同。现将气垫导轨水平放置做“验证动量守恒定律”实验。实验中用滑块甲撞击静止在导轨上的滑块乙，碰撞前滑块乙处于静止状态。第一次在两滑块碰撞端安上弹簧片，第二次在两滑块碰撞端粘上橡皮泥。两次实验时滑块甲碰

14、前通过光电门计时装置记录的挡光片的挡光时间相等，碰后滑块乙第一次和第二次通过光电门计时装置记录的挡光片挡光时间分别为。通过实验验证了这两次碰撞均遵守动量守恒定律，请你判断的关系应为 （选填“”、“”或“=”） 大小相等的入射小球和被碰小球的质量均已知，利用右图所示的装置和器材能做“验证动量定恒定律”的实验吗？ 。（选填“能”或“不能”） 如果你选填的是“能”，那么你还需要的器材是： 。如果你选填的是“不能”，请简要说明理由：_。 能；刻度尺；不能；缺少刻度尺 UOtDt1Dt2乙甲40450505丙某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两

15、处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图象。（1）实验前，接通气源，将滑块（不挂钩码）置于气垫导轨上，轻推滑块，当图乙中的t1 t2（选填“”、“=”或“”）时，说明气垫导轨已经水平。 （2）用螺旋测微器测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d = mm。 （3）滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与质量为m的钩码Q相连，将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图象如图乙所示，若t1、t2

16、和d已知，要验证滑块和砝码组成的系统机械能是否守恒，还应测出 和 （写出物理量的名称及符号）。（4）若上述物理量间满足关系式 ，则表明在上述过程中，滑块和砝码组成的系统机械能守恒。答案：（1）t1=t2 ；（2）8.474（在8.4738.475之间均算对） （3）滑块质量M ，两光电门间距离L（4） AP某校实验小组设计了如下实验来精确测定小车的瞬时速度。如图所示，在倾斜导轨的A处放置一光电门，并使其与计算机连接。让载有轻质挡光片（宽度为Ds）的小车从P点静止下滑， A处的光电门会记录下挡光片经过A点所经历的时间Dt。改用不同宽度的挡光片重复上述实验，（在原挡光片基础上贴上宽度不同黑纸片制得

17、）次数挡光片挡光时间t(s)速度 (m/s)10.0630.54220.0730.54530.0830.54840.0920.55150.1020.55460.1080.556然后用公式计算出不同宽度的挡光片从A点开始在各自挡光时间Dt内的。该小组实验数据如右表在以上实验的基础上，请继续完成下列实验任务：（1）根据实验数据在Dt图上作出该实验图线。（2）结合实验原理，推导出Dt图线所满足的函数式。（3）根据Dt图线所满足的函数式，求出挡光片最前端经过A点时的瞬时速度vA。（4）（多选题）为了提高实验精确度，实验操作中必须做到的是 （ ）（A）更换挡光片时应使其前沿始终处于小车上的同一位置（B）

18、每次都应从轨道上同一位置由静止释放小车（C）实验开始前必须调整轨道倾角，平衡摩擦力（D）更换的挡光片宽度不能过宽，宽度越窄，Dt越小，求出的vA越精确（1）略（2）设每次档光片开始挡光瞬间的速度为v1，挡光结束的瞬间速度为v2，因为v2v1aDt，v1Dt，（3）由图线的斜率、坐标推得Dt0时截距得vA0.5210.002m/s，（4） A B如图2，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量 （填选项前的序号），间接地解决这个问题A.小球开始释放高度hB.小球抛出点距地面得高度HC.

19、小球做平抛运动的射程图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相撞，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是 (填选项的符号)A.用天平测量两个小球的质量m1、m2B.测量小球m1开始释放高度hC.测量抛出点距地面的高度HD.分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE.测量平抛射程OM，ON若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（用中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足的表达式为（用中测量的量表

20、示）。经测定，小球落地点的平均位置到点的距离如图所示。碰撞前、后m1的动量分别为与，则：= ：11；若碰撞结束时m2的动量为,则：=11: 。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为 。有同学认为在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用中已知的数据，分析计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为 cmC，ADE或DAE或DEA 14 2.9 11.0176.8（2）用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图8所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。接下来的实验步

21、骤如下：图8A球1球2BOMPN步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。对于上述实验操作，下列说法正确的是_A应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B斜槽轨道必须光滑C斜槽轨道末端必须水平D实验过程中，白纸可以移动，复写纸不能移动E小球1的质量应

22、大于小球2的质量本实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有 。AA、B两点间的高度差h1 BB点离地面的高度h2C小球1和小球2的质量m1、m2 D小球1和小球2的半径r当所测物理量满足表达式_（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。如果还满足表达式_（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞时无机械能损失。入射小球O被碰小球图9MPN完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图9所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，得到两球落在斜面上的平

23、均落点M、P、N。用刻度尺测量斜面顶点到M、P、N三点的距离分别为l1、l2、l3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为 （用所测物理量的字母表示）。(2）ACE；C；m1OP= m1OM+ m2ON；m1OP2 = m1OM2 + m2ON2；A球1球2BOMPNC图10（2）用半径相同的小球1和小球2的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图10所示，斜槽与水平槽圆滑连接。安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，认为其圆

24、心就是小球落点的平均位置；步骤2：把小球2放在斜槽前端边缘处的C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。在上述实验操作中，下列说法正确的是_A小球1的质量一定大于球2的质量，小球1的半径可以大于小球2的半径B将小球静止放置在轨道末端看小球是否滚动来检测斜槽轨道末端是否水平C小球在斜槽上的释放点应该越高越好，这样碰前的速度大，测量误差会小D复写纸铺在白纸的上面，实验过程中复写纸可以随时拿起看印迹是否清晰并进行移动以下提供的器材中

25、，本实验必需的有A刻度尺 B游标卡尺 C天平 D秒表设球1的质量为m1，球2的质量为m2，MP的长度为l1，ON的长度为l2，则本实验验证动量守恒定律的表达式为_，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。BCAOMPNy1y2y3图11完成实验后，实验小组对上述装置进行了如图11所示的改变：（I）在木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将木板竖直立于靠近槽口处，使小球A从斜槽轨道上某固定点C由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；（II）将木板向右平移适当的距离固定，再使小球A从原固定点C由静止释放，撞到木板上得到痕迹P；（III）把半径相同的小球B 静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球A仍从原固定点由静止开始滚下， 与小球B 相碰后，两球撞在木板上得到痕迹 M和 N；（IV）用刻度尺测量纸上O点到M、P、N 三点的距离分别为y1、y2、y3。请你写出用直接测量的物理量来验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式： 。（小球A、B的质量分别为m1、m2）BD；AC；m1l1= m2l2； （4分）m1 = m1 + m2