新教材一輪復習魯科版第9章實驗13驗證動量守恒定律學案

實驗十三驗證動量守恒定律

回顧教材重“四基”/

1.驗證動量守恒定律

實驗目的2.體會將不易測量的物理量轉換為易測量的物理量

的實驗設計思想

「注意事項」

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同一高度由靜止釋放；

3.選質量較大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。

「誤差分析

1.系統(tǒng)誤差

⑴斜槽末端不水平；

⑵入射小球與被碰小球不是正碰。

2.偶然誤差

⑴入射小球不從同一高度由靜止釋放;

⑵小球落點的確定。

——、研析考點強“四翼”/--------

考點1實驗原理與實驗操作

典例某學習小組用半徑相同的小球1和小球2碰撞驗證動量守恒定律，

實驗裝置如圖所示，斜槽與水平槽平滑連接。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0。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，認為其圓心就是小球

落點的平均位置。

步驟2：把小球2放在斜槽前端邊緣處的5點，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點離0點的距

離,即線段OM、OP.ON的長度。

（1）（多選）對上述實驗操作，下列說法正確的是（）

A.小球1的質量一定大于小球2的質量，小球1的半徑可以大于小球2的

半徑

B.將小球靜止放置在軌道末端看小球是否滾動來檢測斜槽軌道末端切線是

否水平

C.小球在斜槽上的釋放點應該越高越好，這樣碰撞前的速度大，測量誤差

較小

D.復寫紙鋪在白紙的上面，實驗過程中復寫紙可以隨時拿起來看印跡是否

清晰并進行移動

(2)(多選)以下提供的器材，本實驗必需的有()

A.刻度尺B.游標卡尺

C.天平D.秒表

(3)設小球1的質量為ml,小球2的質量為m2,MP的長度為Zι,ON的長

度為h,則本實驗驗證動量守恒定律的表達式為

【自主解答】

解析：(1)為了能夠發(fā)生對心碰撞，兩小球的半徑必須相同，選項A錯誤；

將小球靜止放置在軌道末端，若小球保持靜止，說明軌道末端切線水平，若小

球滾動，說明軌道末端切線不水平，選項B正確；碰撞前的速度不能過大，否

則實驗不能正常進行，選項C錯誤；復寫紙可以移動，但是白紙不能移動，選

項D正確。

(2)本實驗需要測量長度和質量，必需的器材有刻度尺和天平，選項A、C

正確。

(3)由于小球做平拋運動的時間相同，可以用OP代表小球1碰撞前的速度,

用OM代表小球1碰撞后的速度，用ON代表小球2碰撞后的速度。列出的動

量守恒方程為mrOP=mrOM+mrON,整理得tnι?(0P—OM)=ntaON,即mvh

=m2?lio

答案：⑴BD(2)AC(3)mrlι=mrl2

考點2數據分析與誤差分析

典例如圖甲所示，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。

甲

(1)經測定，/"i=45.0g,?12=7.5g,小球落地點的平均位置距。點的距離

如圖乙所示。碰撞前后mi的動量分別為PI與p'ι,則PI:p'ι=:11；

若碰撞結束時山2的動量為"2,則P'l：pl2=ll：O實驗結果說明，碰

撞前后總動量的比值-?v=_______O

Pl十p2

OMP

H--------35.20cm----------HI

-------------44.80cm——'——H

<---------------55.68cm-------------------*

<______________________√

乙

(2)有同學認為，在上述實驗中僅更換兩個小球的材質，其他條件不變，可

以使被碰小球做平拋運動的射程增大。請你用⑴中已知的數據，分析和計算出

被碰小球平拋運動射程ON的最大值為cmo

【自主解答】

解析：(I)Pl=wπ?半，p'?=mι^γ

聯立可得

pi：p'I=OP：OM：35.20=14：11

ON

p,2=m2?~γ^

,

則p'ι：p2=(mrOM)：(m2?OM=ll?

aPl14

故p、+p，2=I°

(2)其他條件不變，欲使ON最大，須使m1、時發(fā)生彈性碰撞，則其動量和

能量均守恒。由m?vo-m?v?-?-ni2V2,511濟=5〃1濟+；/篦2潺，可得S二

而Vi--~,vo=.,故ON=??0P=I-IX44.80Cm=76.8CmO

ttni?+m245.0+7.5

答案：

考點3實驗的改進與創(chuàng)新

典例某同學利用打點計時器和氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗。氣

墊導軌裝置如圖甲所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。

在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著一定數量的小孔，向導軌空腔內不斷通

入壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導軌上，如圖乙

所示，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦引起的誤差。

(1)下面是實驗的主要步驟：

①安裝好氣墊導軌，調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕，使導軌水平。

②向氣墊導軌通入壓縮空氣。

③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側，將紙帶穿過打點

計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調節(jié)打點計時器的高度，直至滑塊

拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向。

④使滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩。

⑤把滑塊2(所用滑塊1、2如圖丙所示)放在氣墊導軌的中間。

⑥先,然后,讓滑塊帶動紙帶一起運動。

⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出較理想的紙帶，如圖丁所示。

⑧用天平測得滑塊1(包括撞針)的質量為310g,滑塊2(包括橡皮泥)的質量

為205g,

試完成實驗步驟⑥的內容。

(2)已知打點計時器每隔0.02S打一個點，試計算兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)

的總動量為一kg?m∕s;兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為一kg?m∕s0(結

果均保留3位有效數字)。

(3)試說明(2)問中兩結果不完全相同的主要原因是0

【自主解答】

解析：(1)使用打點計時器時，應先接通電源，待打點計時器正常工作后，

再放開滑塊。

(2)由紙帶上打出的點跡可知兩滑塊相互作用前滑塊1的速度

Ol=錯誤！m∕s=2m/s

系統(tǒng)的總動量

pι=mιvι×2kg?m∕s=0.620kg?m∕s

相互作用后，兩滑塊的速度

02=錯誤！m∕s=1.2m/s

系統(tǒng)的總動量

P2=(∕m+∕M2)V2=(0.310+0.205)×1.2kg?m∕s=0.618kg?m∕so

(3)系統(tǒng)相互作用前后的總動量不完全相同的主要原因是紙帶與打點計時器

的限位孔之間有摩擦。

答案：⑴接通打點計時器電源放開滑塊

(2)0.6200.618(3)紙帶與打點計時器的限位孔之間有摩擦

【核心歸納】

驗證動量守恒定律的方法很多，可以用氣墊導軌，還可以用等長懸線懸掛

等大的小球完成。用斜槽驗證動量守恒定律是本實驗主要的考查方式，一般考

查實驗步驟、動量守恒定律的表達式及實驗的注意事項。

創(chuàng)新角度實驗裝置圖及創(chuàng)新解讀

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YL.................I」.......

實驗器材的⑴如圖所示，通過彈簧彈出的兩個不同質量小球的平拋水

創(chuàng)新平位移驗證動量守恒定律

⑵在平拋運動原理不變的前提下，利用對比性實驗，體現

了實驗的創(chuàng)新性

賽。甲

實驗原理及?............................

操作過程的

7.

創(chuàng)新

(1)如圖所示，通過質量相同的兩個小滑塊的碰撞，分別測

量出一個小滑塊不碰撞時的水平位移和碰撞后兩滑塊整體

的位移，由兩位移關系即可驗證