2023版高三一輪總復習物理（新教材新高考）第6章實驗8驗證動量守恒定律

1、 驗證動量守恒定律 教材原型實驗1用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律。(1)實驗中質量為m1的入射小球和質量為m2的被碰小球的質量關系是m1_m2。(選填“大于”“等于”或“小于”)(2)圖中O點是小球拋出點在地面上的投影。實驗時，先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP。然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分末端，再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復本操作。接下來要完成的必要步驟是_。(填選項前的字母)A用天平測量兩個小球的質量m1、m2B測量小球m1開始釋放的高度hC測量拋出點距地面的高度HD分別通過畫最小

2、的圓找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為_用(2)中測量的量表示。解析(1)為防止碰撞后入射小球反彈，實驗中質量為m1的入射小球和質量為m2的被碰小球的質量關系是m1大于m2。(2)如果碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，以水平向右為正方向，由動量守恒定律得m1v1m1v2m2v3，小球離開軌道后做平拋運動，拋出點的高度相等，在空中的運動時間t相等，上式兩邊同時乘以t得m1v1tm1v2tm2v3t，得m1OPm1OMm2ON，所以實驗需要測量：兩球的質量、兩球落點的水平位移，故選A、D、E。(3)由(2)可知，實驗需要驗證的表達

3、式為：m1OPm1OMm2ON。答案(1)大于(2)A、D、E(3)m1OPm1OMm2ON2用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片。(1)實驗前需要調節(jié)氣墊導軌水平，借助光電門來檢驗氣墊導軌是否水平的方法是_。(2)為了研究兩滑塊所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動量關系，實驗分兩次進行。第一次：將滑塊A置于光電門1的左側，滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當位置。給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為t1，A與B碰撞后又分開，滑塊A再次通過光電門1的時間為t2，滑塊B通過光電門2的時間為t3。第二次：在兩彈性

4、碰撞架的前端貼上雙面膠，同樣讓滑塊A置于光電門1的左側，滑塊B靜置于兩光門間的某一適當位置。給A一個向右的初速度，通過光電門1的時間為t4，A與B碰撞后粘連在一起，滑塊B通過光電門2的時間為t5。為完成該實驗，還必須測量的物理量有_(填選項前的字母)。A擋光片的寬度dB滑塊A的總質量m1C滑塊B的總質量m2D光電門1到光電門2的距離L(3)在第二次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中動量守恒，則應該滿足的表達式為_(用已知量和測量量表示)。(4)在第一次實驗中若滑塊A和B在碰撞的過程中機械能守恒，則應該滿足的表達式為_(用已知量和測量量表示)。解析(1)使其中一個滑塊在導軌上運動，看滑塊經過兩光電

5、門的時間是否相等，若相等，則導軌水平。(2)本實驗需要驗證動量守恒定律，所以在實驗中必須要測量質量和速度，速度可以根據(jù)光電門的擋光時間求解，而質量通過天平測出，同時，擋光片的寬度可以消去，所以不需要測量擋光片的寬度，故選B、C。(3)在第二次實驗中，碰撞后A、B速度相同，根據(jù)動量守恒定律有：m1v1(m1m2)v2，根據(jù)速度公式可知v1eq f(d,t4)，v2eq f(d,t5)，代入則有：m1eq f(1,t4)(m1m2)eq f(1,t5)。(4)在第一次實驗中，碰撞前A的速度為v0eq f(d,t1)，碰撞后A的速度為vAeq f(d,t2)，B的速度為vBeq f(d,t3)，根據(jù)

6、機械能守恒定律有：eq f(1,2)m1veq oal( 2,0)eq f(1,2)m1veq oal( 2,A)eq f(1,2)m2veq oal( 2,B)，代入則有：m1eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,t1)eq sup12(2)m1eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,t2)eq sup12(2)m2eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,t3)eq sup12(2)。答案(1)使其中一個滑塊在導軌上運動，看滑塊經過兩光電門的時間是否相等，若相等，則導軌水平(2)BC(3)m1eq f(1,t4)(m1m2)eq f(1,t5)(4)m1eq

7、blc(rc)(avs4alco1(f(1,t1)eq sup12(2)m1eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,t2)eq sup12(2)m2eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,t3)eq sup12(2) 拓展創(chuàng)新實驗實驗器材創(chuàng)新典例1現(xiàn)利用圖(a)所示的裝置驗證動量守恒定律。在圖(a)中，氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側帶有一彈簧片，左側與打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側也帶有一彈簧片，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。(a)實驗測得滑塊A的質量m10.310 kg，滑塊B的質量m20.108 kg，

8、遮光片的寬度d1.00 cm；打點計時器所用交流電的頻率f50.0 Hz將光電門固定在滑塊B的右側，啟動打點計時器，給滑塊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tB3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示。(b)若實驗允許的相對誤差絕對值eq blc(rc)(avs4alco1(blc|rc|(avs4alco1(f(碰撞前后總動量之差,碰前總動量)100%)最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內驗證了動量守恒定律？寫出運算過程。解析按定義，滑塊運動的瞬時速度大小v為veq f(s,t)式中s為滑塊在很短時間t內走過的路程。設紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為tA，則tA

9、eq f(1,f)0.02 stA可視為很短。設A在碰撞前、后瞬時速度大小分別為v0、v1。將式和圖給實驗數(shù)據(jù)代入式得v0eq f(0.04,0.02) m/s2.00 m/sv1eq f(0.019 4,0.02) m/s0.970 m/s設B在碰撞后的速度大小為v2，由式有v2eq f(d,tB)代入題給實驗數(shù)據(jù)得v22.86 m/s設兩滑塊在碰撞前、后的總動量分別為p和p，則pm1v0pm1v1m2v2兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為peq blc|rc|(avs4alco1(f(pp,p)100%聯(lián)立式并代入有關數(shù)據(jù)，得p1.7%m2)。如圖所示，安裝好實驗裝置。將斜槽AB固定

10、在桌邊，使槽的末端處的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。先不放小球2，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置。將小球2放在斜槽末端邊緣處，讓小球1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球1和2在斜面上的落點位置。用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離，圖中D、E、F點是該同學記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF。(1)小球1和2發(fā)生碰撞后，小球1的落點是圖中的_點，小球2的落點是圖中的_點。(2)用測得的物理量來表示，只要滿足關系式_，則說明碰撞中動量守恒。(3)用測得的物理量來表示，只要再滿足關系式_，則說明兩小球的碰撞是彈性碰撞。解析由題意可知，碰撞后，小球1的落點是圖中的D點，小球2的落點是圖中的F點。設斜面BC的傾角為，小球從斜面頂端平拋落到斜面上，兩者距離為L，由平拋運動的知識可知，Lcos vt，Lsin eq f(1,2)gt2，可得vLcos eq r(f(g,2Lsin )cos eq r(f(gL,2sin )，由于、g都是恒量，所以veq r(L)，v2L，所以動量守恒的表達式