2025高考物理總復習實驗 驗證動量守恒定律

第6講實驗驗證動量守恒定律高考總復習2025強基礎固本增分研考點精準突破目錄索引強基礎固本增分一、實驗目的驗證動量守恒定律。二、實驗思路在一維碰撞中,測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v',找出碰撞前的動量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后動量是否守恒。[方案一]利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗實驗器材氣墊導軌、數(shù)字計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥、游標卡尺等。進行實驗1.測質(zhì)量:用天平測出滑塊質(zhì)量。2.安裝:正確安裝好氣墊導軌。

作用是減少摩擦力3.實驗:接通電源,利用配套的數(shù)字計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度)。數(shù)據(jù)記錄分析處理1.滑塊速度的測量:v=,式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說明書上給出,也可直接測量),Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間。2.驗證的表達式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。[方案二]利用斜槽滾球驗證動量守恒定律實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復寫紙、白紙、圓規(guī)、刻度尺等。進行實驗1.測質(zhì)量: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。2.安裝:按照如圖甲所示的原理圖安裝實驗裝置,調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平。

保證平拋甲3.鋪紙:白紙在下,復寫紙在上且在適當位置鋪放好。記下鉛垂線所指的位置O。

確定水平運動初始點4.單球找點:不放被撞小球,每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下,重復10次。用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心P就是小球落點的平均位置。5.碰撞找點:把被撞小球放在斜槽末端,每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下,使它們發(fā)生碰撞,重復實驗10次。用步驟4的方法,標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N,如圖乙所示。改變?nèi)肷湫∏虻尼尫鸥叨?重復實驗。數(shù)據(jù)記錄分析處理1.小球水平射程的測量:連接ON,測量線段OP、OM、ON的長度。2.驗證的表達式:m1·lOP=m1·lOM+m2·lON。乙三、誤差分析1.系統(tǒng)誤差:主要來源于實驗器材及實驗操作等。(1)碰撞是否為一維碰撞。(2)氣墊導軌是否完全水平,入射小球的釋放高度存在差異。2.偶然誤差:主要來源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測量。四、注意事項1.前提條件:碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”。2.方案提醒(1)若利用氣墊導軌進行驗證,給滑塊的初速度應沿著導軌的方向。(2)若利用平拋運動規(guī)律進行驗證,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?！痢獭痢萄锌键c精準突破考點一教材原型實驗考向一

實驗原理與操作典題1(2023湖南衡陽模擬)某同學用平拋運動演示儀驗證碰撞中的動量守恒,如圖所示,實驗的主要步驟如下:(1)將斜槽末端處的切線調(diào)成

。

(2)將O點處的小球b移開,將小球a從P點由靜止釋放,記錄下小球a在水平面上的落點位置為C。(3)在O點處放上小球b,再將小球a從P點由靜止釋放,記錄下兩球落在水平面上的位置,在本次操作中,小球a的質(zhì)量應

(選填“大于”“等于”或“小于”)小球b的質(zhì)量。

水平大于(4)測出各落點位置與水平面上A點(OA與水平面垂直)間的距離分別為AB=L1、AC=L2、AD=L3。(5)用天平測出小球a、b的質(zhì)量分別為m1、m2,若滿足m1L2=

,則兩小球碰撞時遵循動量守恒;若滿足=

(用m1、m2表示),則兩小球碰撞為彈性碰撞。

m2L3+m1L1解析

(1)小球做平拋運動的初速度方向應該是沿水平方向,所以應將斜槽末端處的切線調(diào)成水平。(3)為防止小球a反彈,小球a的質(zhì)量應大于小球b的質(zhì)量?？枷蚨?/p>

數(shù)據(jù)處理與誤差分析典題2(2023江蘇蘇州模擬)某同學用如圖甲所示的實驗裝置來驗證動量守恒定律,實驗中先讓小球a從斜槽軌道上某點由靜止?jié)L下落在水平地面上,反復多次實驗記錄平均落點位置為B。然后將小球b放在斜槽末端,讓小球a從斜槽上由靜止?jié)L下與小球b相碰后兩球分別落在水平地面上,反復多次實驗記錄落點位置。已知斜槽末端的豎直高度H=45.00cm,ma=0.2kg,mb=0.1kg,重力加速度g取10m/s2,空氣阻力不計,小球落地點距離O點(斜槽末端正下方)的距離如圖乙所示。回答下列問題:甲乙(1)關于該實驗不必要的條件是

。

A.斜槽末端必須保持水平B.a、b兩球的半徑必須相等C.a、b兩球的密度必須相等D.小球a每次下落的起點位置必須相同(2)本實驗探究水平動量守恒的表達式可以表示為

(用ma、mb、OA、OB、OC表示)。

(3)碰撞后小球b的水平動量為

(保留三位有效數(shù)字)。

Cma·OB=ma·OA+mb·OC0.160(5)若實驗中小球每次落到水平面上的落點不完全相同,可以用

作為平均落地點位置。

守恒

包含落點的小圓圓心

解析

(1)實驗中利用平拋運動驗證小球碰撞中水平動量守恒,所以斜槽末端必須水平,故A正確,不符合題意;實驗中應保證兩球發(fā)生對心碰撞,且入射小球a的質(zhì)量大于被碰小球b的質(zhì)量,所以兩小球半徑應相等,而密度不等,故B正確,不符合題意,C錯誤,符合題意;為保證小球a每次碰小球b的速度相同,故小球a每次下落的起始位置要相同,故D正確,不符合題意。(5)為減小誤差,應將落點用一個盡可能小的圓將所有落點圈起來,最終以“包含落點的小圓圓心”為落點進行測量。考點二實驗的改進與創(chuàng)新考向一

實驗器材的創(chuàng)新典題3(2023遼寧卷)某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律,設計了如下實驗:用紙板搭建如圖所示的滑道,使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上,其中OA為水平段,選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗。圖(a)圖(b)測量硬幣的質(zhì)量,得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2),將硬幣甲放置在斜面上某一位置,標記此位置為B。由靜止釋放甲,當甲停在水平面上某處時,測量甲從O點到停止處的滑行距離OP。將硬幣乙放置在O處,左側與O點重合,將甲放置于B點由靜止釋放。當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后,分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON,保持釋放位置不變,重復實驗若干次,得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2。(1)在本實驗中,甲選用的是

(選填“一元”或“一角”)硬幣;

(2)碰撞前,甲到O點時速度的大小可表示為

(設硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g);

一元

(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒,則=

(用m1和m2表示),然后通過測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒;

(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差,計算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1,寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因:

。

存在空氣阻力;硬幣大小不能忽略,不可視為質(zhì)點等(答案合理即可)解析

(1)甲碰撞乙,為了使碰撞后甲的速度方向不變,則甲的質(zhì)量應該大于乙的質(zhì)量,已知一元硬幣的質(zhì)量大于一角硬幣的質(zhì)量,所以甲選用的是一元硬幣。考向二

實驗方案的改進典題4

某物理興趣小組設計了如圖甲所示的實驗裝置。在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門,其右側摩擦很小,可忽略不計,左側為粗糙水平面。當?shù)刂亓铀俣却笮間,不計空氣阻力。采用的實驗步驟如下:Ⅰ.在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片;Ⅱ.用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb;Ⅲ.a和b間用細線連接,中間夾一被壓縮了的輕短彈簧(與a、b不連接),靜止放置在平臺上;Ⅳ.細線燒斷后,a、b瞬間被彈開,向相反方向運動;Ⅴ.記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t,滑塊a通過光電門后又運動了xa后停下;Ⅵ.小球b從平臺邊緣飛出后,落在水平地面的B點,用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與B點之間的水平距離s;Ⅶ.改變彈簧壓縮量,進行多次測量。(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度,如圖乙所示,則擋光片的寬度為

mm。

(2)針對該實驗裝置和實驗結果,同學們做了充分的討論,討論結果如下:①該實驗要驗證“動量守恒定律”,則只需驗證a、b彈開后的動量大小相等,即

=

(用上述實驗所涉及物理量的字母表示);

②若該實驗的