2018版高考物理知識復(fù)習(xí)與檢測第十三章運(yùn)動守恒定律波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核實(shí)驗十三

1、實(shí)驗十三驗證動量守恒定律回歸教材掌握基本原理和基本方法回歸教材掌握基本原理和基本方法過好雙基關(guān)D基本實(shí)驗要求i 實(shí)驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v,算出碰撞前的動量p=mvi+mv2及碰撞后的動量p=mvi +mv2，看碰撞前后動量是否相等.2 .實(shí)驗器材 斜槽、小球(兩個)、天平、直尺、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)等.實(shí)驗步驟用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球.按照圖 1 甲安裝實(shí)驗裝置.調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平.入射喺白紙_丿_白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好.記下重垂線所指的位置(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，

2、重復(fù)小的圓把小球所有的落點(diǎn)都圈在里面.圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端，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 10 次.用步驟 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.(1)Q10 次.用圓規(guī)畫盡量甲乙2(6) 連接ON測量線段OROM ON的長度.將測量數(shù)據(jù)填入表中.最后代入mOP=mOM+ON,看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立.(7) 整理好實(shí)驗器材放回原處.(8) 實(shí)驗結(jié)論：在實(shí)驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動量守恒.a規(guī)律方法總結(jié)1 數(shù)據(jù)處理驗證表達(dá)式：m OR=mOM+ mON2 .注意事項(1)斜槽末端

3、的切線必須水平；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(shí)驗過程中實(shí)驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變抓住題眼里審題總結(jié)解題技巧方法抓住題眼里審題總結(jié)解題技巧方法研透命題點(diǎn)命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗【例 1 如圖 2 所示，用“碰撞實(shí)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(guān)系.圖 2(1)實(shí)驗中直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但可以通過僅測量_(填選項前的符號)間接地解決這個問題.A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點(diǎn)距地面的高度H3C.小球做平拋運(yùn)動的射程圖中0點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影.實(shí)驗時，先

4、讓入射球置由靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測量平拋射程0P然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m相碰，并多次重復(fù).接下來要完成的必要步驟是 _.(填選項前的符號)A.用天平測量兩個小球的質(zhì)量m、mB. 測量小球m開始釋放高度hC.測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD.分別找到m、m相碰后平均落地點(diǎn)的位置M NE. 測量平拋射程OM ON(3)若兩球相碰前后動量守恒，其表達(dá)式可表示為 _ (用(2)中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應(yīng)滿足的表達(dá)式為 _(用(2)中測量的量表示).經(jīng)測定，m= 45.0 g ,m= 7.5 g，小球落地點(diǎn)的平均

5、位置距0點(diǎn)的距離如圖 3 所示.碰OM P N-點(diǎn)如CIT-4-44腳cm- - 55/iH cm - *(5)有同學(xué)認(rèn)為，在上述實(shí)驗中僅更換兩個小球的材質(zhì)，其他條件不變，可以使被碰小球做平拋運(yùn)動的射程增大.請你用(4)中已知的數(shù)據(jù)，分析和計算出被碰小球m平拋運(yùn)動射程ON的最大值為_ cm.答案 (1)C (2)ADE (3)mOP= mOMF mON mOP=mO餉mON(4)142.91(1 1.01 均可)(5)76.8x12解析 小球碰前和碰后的速度都用平拋運(yùn)動來測定，即v=-.而由H= -gt2知，每次豎直O(jiān)P OM ON咼度相等，所以平拋時間相等， 即m =m丁 +m 丁,則可得m

6、OP= mOIM- mONmi多次從斜軌上S位撞前后m的動量分別為P1與p1，貝Hp1:p1，=:11;若碰撞結(jié)束時m的動量為p2，則P1：P2Z= 11 : .實(shí)驗結(jié)果說明，碰撞前后總動量的比值 二4故只需測射程，因而選 C.由表達(dá)式知：在OP已知時，需測量m、m、OM和ON故必要步驟有 A、D E.(3)若為彈性碰撞，則滿足動量守恒的同時滿足動能守恒，則5mOP= mOW mON1OP21OM21ON22m(y)=2m(f)+ 2m(T)可得mOP=mOf mONOP ,OM(4)pi=m ,pi=m-p聯(lián)立可得pi:pi=OP：OM= 44.80 : 35.20 = 14 ： 11,ON

7、p2=m ,OMON則p1:p2= (m ) ：(n2 f) = 11 : 2.9故pi=EOP“p1+p2m OIM- mON其他條件不變，使ON最大，則m、m發(fā)生彈性碰撞，則其動量和能量均守恒，可得2mvoV2=m+m = ON OP而V2= ,Vo=-fO 題組階梯突磯題組階梯突磯1.在“驗證動量守恒定律”的實(shí)驗中，已有的實(shí)驗器材有： 斜槽軌道，大小相等質(zhì)量不同的小鋼球兩個，重錘線一條，白紙，復(fù)寫紙，圓規(guī)實(shí)驗裝置及實(shí)驗中小球運(yùn)動軌跡及落點(diǎn)的 情況簡圖如圖4 所示.試根據(jù)實(shí)驗要求完成下列填空：圖 4(1)_ 實(shí)驗前，軌道的調(diào)節(jié)應(yīng)注意 _(2)實(shí)驗中重復(fù)多次讓a球從斜槽上釋放，應(yīng)特別注意:(

8、3)_ 實(shí)驗中還缺少的測量器材有 _(4)_ 實(shí)驗中需要測量故ON=2mm+m2X45.0OP=45.0+7.5x44.80 cm=76.8 cm.6的物理量是 _(5)_若該碰撞過程中動量守恒， 則一定有關(guān)系式_ 成立.答案(1)槽的末端的切線是水平的(2)讓a球從同一高處靜止釋放滾下(3)天平、刻度尺a球的質(zhì)量m和b球的質(zhì)量m,線段OR 0M和ON的長度(5)ma0R= maOMF mON解析(1)由于要保證兩物體發(fā)生彈性碰撞后做平拋運(yùn)動，即初速度沿水平方向， 所以必需保證槽的末端的切線是水平的.(2) 由于實(shí)驗要重復(fù)進(jìn)行多次以確定同一個彈性碰撞后兩小球的落點(diǎn)的確切位置，所以每次碰撞前入射

9、球a的速度必須相同，根據(jù)mgh=*mV可得v= 2gh,所以每次必須讓a球從同一 高處靜止釋放滾下.(3) 要驗證mvo=mvi+mvb,由于碰撞前后入射球和靶球從同一高度同時做平拋運(yùn)動，根據(jù)h=fgt2可得兩球做平拋運(yùn)動的時間相同，故可驗證mvot=mvit+mvbt,而vot=OR vit=OMV2t=ON故只需驗證mOR= mOM- mON所以要測量a球的質(zhì)量m和b球的質(zhì)量m, 故需要天平；要測量兩物體平拋時水平方向的位移即線段OR OM和ON的長度，故需要刻度尺.(4) 由(3)的解析可知實(shí)驗中需測量的物理量是a球的質(zhì)量m和b球的質(zhì)量m,線段OR OM和ON的長度.由 的解析可知若該碰

10、撞過程中動量守恒，則一定有關(guān)系式：mOR= m OM- mON命題點(diǎn)二實(shí)驗拓展創(chuàng)新【例 2 現(xiàn)利用圖 5(a)所示的裝置驗證動量守恒定律.在圖(a)中，氣墊導(dǎo)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(diǎn)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.t X XJ暮即1.112 4.115 7實(shí)驗測得滑塊A的質(zhì)量m= 0.310 kg,滑塊B的質(zhì)量m= 0.108 kg,遮光片的寬度d= 1.00 cm打點(diǎn)計時器所用交流電的頻率f= 50.0 Hz.8將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點(diǎn)計時器，給滑塊

11、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tB=3.500 ms ,碰撞前后打出的紙帶如圖（b）所示.范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律？寫出運(yùn)算過程.答案見解析解析 按定義，滑塊運(yùn)動的瞬時速度大小v為式中s為滑塊在很短時間 t內(nèi)走過的路程 設(shè)紙帶上打出相鄰兩點(diǎn)的時間間隔為tA,則1tA=f= 0.02 s tA可視為很短.設(shè)滑塊A在碰撞前、后瞬時速度大小分別為Vo、V1.將式和圖給實(shí)驗數(shù)據(jù)代入式可得V0= 2.00 m/sVI=0.970 m/s 設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為V2,由式有代入題給實(shí)驗數(shù)據(jù)得V22.86 m/s設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的動量分別為p和p,則p=mV。p =mv

12、i+mv2兩滑塊在碰撞前、后總動量相對誤差的絕對值為p-pSP=- X100%p聯(lián)立式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得SP1.7%5%因此，本實(shí)驗在允許的誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律.O 題組階梯突破題組階梯突破2 .把兩個大小相同、質(zhì)量不等的金屬球用細(xì)線連接起來，中間夾一被壓縮了的輕彈簧，置于若實(shí)驗允許的相對誤差絕對值碰撞前后總動量之差碰前總動量X100%最大為 5%本實(shí)驗是否在誤差9摩擦可以忽略不計的水平桌面上，如圖6 所示，現(xiàn)燒斷細(xì)線，觀察兩球的運(yùn)動情況，進(jìn)行必圖 710要的測量，探究物體間發(fā)生相互作用時的不變量.測量過程中:圖 6(1)還必須添加的器材有_(2)_ 需直接測量的數(shù)據(jù)是_(3) 需要驗

13、算的表達(dá)式如何表示？ _ .答案(1)刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板、天平(2)兩物體的質(zhì)量m、m，水平射程Xi、X2(3)mxi=mx2解析 兩球彈開后，分別以不同的速度離開桌面做平拋運(yùn)動，兩球做平拋運(yùn)動的時間相等，均為七七= =、 ? ?( 為桌面離地的高度).根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律，由兩球落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距 離X=vt，知兩球水平速度之比等于它們的射程之比即Vi:V2=Xi:X2；所以本實(shí)驗中只需測量X1、X2即可，測量XI、X2時需準(zhǔn)確記下兩球落地點(diǎn)位置，故需要刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、 圖釘、細(xì)線、鉛錘、木板等若要探究mxi=mx2或者mx2=論2是否成立，還需用天平測量兩球

14、質(zhì)量m、m.3如圖 7 是用來驗證動量守恒的實(shí)驗裝置，彈性球 i 用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)下方桌子的邊 緣有一豎直立柱實(shí)驗時，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球i 靜止時恰與立柱上的球 2 右端接觸且兩球等高將球 i 拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時把球2 放在立柱上釋放球 i，當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時與球 2 發(fā)生對心碰撞，碰后球 i 向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球 2 落到水平地面上的C點(diǎn).測 出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證 i、2 兩球碰撞時動量守恒.現(xiàn)已測出A點(diǎn)離水平桌面的距離為a、B點(diǎn)離水平桌面的距離為b、C點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距離為c.此外：11還需要測量的量是_ 、_和(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實(shí)驗中動量守恒的表達(dá)式為 _ .(

15、忽略小球的大小)答案(1)彈性球 1、2 的質(zhì)量m、m立柱高h(yuǎn)桌面離水平地面的高度H(2)2rnah=- c2m bh+m-斗H+h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(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測量彈性球1 的質(zhì)量m,就能求出彈性球 1 的動量變化；根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律只要測出立柱高h(yuǎn)和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球 2 碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2 的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球 2 的動量變化.(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動量守恒的方程立方體滑塊A和B,按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗：

16、步驟 1:在A、B的相撞面分別裝上橡皮泥，以便二者相撞以后能夠立刻結(jié)為整體；步驟 2:安裝好實(shí)驗裝置如圖 8 所示，鋁質(zhì)軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長直水平槽傾斜槽和水平槽由一小段圓弧連接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側(cè)面與軌道等高且適當(dāng)遠(yuǎn)處裝一臺數(shù)碼頻閃照相機(jī);步驟 3:讓滑塊B靜置于水平槽的某處，滑塊A從斜槽某處由靜止釋放，同時開始頻閃拍攝, 直到A B停止運(yùn)動，得到一幅多次曝光的數(shù)碼照片；步驟 4:多次重復(fù)步驟 3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出來，將刻度尺緊靠 照片放置，如圖 9 所示.(1)由圖分析可知，滑塊A與滑塊B碰撞發(fā)生的位置 _.2m ah=2m；：Jbh

17、+.H+ h4.為了驗證動量守恒定律(探究碰撞中的不變量),某同學(xué)選取了兩個材質(zhì)相同、體積不等的12在R、P6之間2在P6處3在R、P7之間(2)為了探究碰撞中動量是否守恒，需要直接測量或讀取的物理量是_.1A、B兩個滑塊的質(zhì)量mi和m22滑塊A釋放時距桌面的高度3頻閃照相的周期4照片尺寸和實(shí)際尺寸的比例5照片上測得的X45、X56和X67、X786照片上測得的X34、X45、X56和X67、X78、X897滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)寫出驗證動量守恒的表達(dá)式 _.答案 (2)mi(X45+ 2X56X34) = (mi+ms)(2X67+X78X89)解析 (1)由圖可知Xi2= 3.00 cm,X23= 2.80 cm,X34= 2.60 cm,X45= 2.40 cm,X56=2.20 cm,X67= 1.60 cm ,X78= 1.40 cm ,X89= 1.20 cm.根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的特