高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題9.3 本專題實驗（原卷版）

專題9.3本專題實驗【講】【講核心素養(yǎng)】科學(xué)探究：驗證動量守恒定律通過實驗，了解彈性碰撞和非彈性碰撞的特點?！局v考點題型】【知識點三】實驗：驗證動量守恒定律一、實驗原理在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后動量是否相等．二、實驗方案及實驗過程方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗1．實驗器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥．2．實驗過程(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊的質(zhì)量．(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌，如圖所示．(3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度．(4)改變條件，重復(fù)實驗：①改變滑塊的質(zhì)量；②改變滑塊的初速度大小和方向．(5)驗證：一維碰撞中的動量守恒．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)滑塊速度的測量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx為滑塊上擋光片的寬度(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(dá)式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.方案二：利用長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗1．實驗器材光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥．2．實驗過程(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量．(2)安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，如圖所示．(3)實驗：接通電源，讓小車A運動，小車B靜止，兩車碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一個整體運動．通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間，算出速度．(4)改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實驗．(5)驗證：一維碰撞中的動量守恒．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)小車速度的測量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx是紙帶上相鄰兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，Δt為小車經(jīng)過Δx的時間，可由打點間隔算出．(2)驗證的表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.方案三：利用斜槽滾球完成一維碰撞實驗1．實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線等．2．實驗過程(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：按照如圖甲所示安裝實驗裝置．調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平．(3)鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當(dāng)位置鋪放好．記下鉛垂線所指的位置O.(4)放球找點：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(fù)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(同步驟4中的高度)自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次．用步驟4的方法，標(biāo)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.(6)驗證：連接ON，測量線段OP、OM、ON的長度．將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立．(7)整理：將實驗器材放回原處．3．?dāng)?shù)據(jù)處理驗證的表達(dá)式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.三、注意事項1．前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”．2．方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)確保導(dǎo)軌水平．(2)若利用兩小車相碰進(jìn)行驗證，要注意補償阻力．(3)若利用平拋運動規(guī)律進(jìn)行驗證：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(zhì)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．【例1】（2022·北京·首都師范大學(xué)附屬中學(xué)三模）如圖1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(guān)系。O是小球拋出時球心在地面上的垂直投影點，實驗時，先讓入射小球SKIPIF1<0多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其落地點的平均位置P，測量平拋水平射程OP。然后把被碰小球SKIPIF1<0靜置于水平軌道的末端，再將入射小球SKIPIF1<0從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球SKIPIF1<0相撞，多次重復(fù)實驗，找到兩小球落地的平均位置M、N。（1）圖2是小球SKIPIF1<0的多次落點痕跡，由此可確定其落點的平均位置對應(yīng)的讀數(shù)為_______cm。（2）下列器材選取或?qū)嶒灢僮鞣蠈嶒炓蟮氖莀___________。A．可選用半徑不同的兩小球B．選用兩球的質(zhì)量應(yīng)滿足SKIPIF1<0C．小球SKIPIF1<0每次必須從斜軌同一位置釋放D．需用秒表測定小球在空中飛行的時間（3）在某次實驗中，測量出兩小球的質(zhì)量分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，三個落點的平均位置與O點的距離分別為OM、OP、ON。在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式____________，即驗證了碰撞前后兩小球組成的系統(tǒng)動量守恒。（用測量的物理量表示）（4）驗證動量守恒的實驗也可以在如圖3所示的水平氣墊導(dǎo)軌上完成。實驗時讓兩滑塊分別從導(dǎo)軌的左右兩側(cè)向中間運動，滑塊運動過程所受的阻力可忽略，它們穿過光電門后發(fā)生碰撞并粘連在一起。實驗測得滑塊A的總質(zhì)量為SKIPIF1<0、滑塊B的總質(zhì)量為SKIPIF1<0，兩滑塊遮光片的寬度相同，光電門記錄的遮光片擋光時間如下表所示。左側(cè)光電門右側(cè)光電門碰前SKIPIF1<0SKIPIF1<0碰后SKIPIF1<0、SKIPIF1<0無在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式____________，即驗證了碰撞前后兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒。（用測量的物理量表示）（5）關(guān)于實驗，也可以根據(jù)牛頓運動定律及加速度的定義，從理論上論證碰撞前后兩滑塊的動量變化量SKIPIF1<0與SKIPIF1<0的關(guān)系為_____________（提示：SKIPIF1<0與SKIPIF1<0均為矢量）?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)探究。要求考生理解實驗原理會使用常見的實驗器材?！咀兪接?xùn)練1】（2022·遼寧葫蘆島·二模）某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置來研究動量守恒定律，光電門1、2固定在氣墊導(dǎo)軌上，質(zhì)量分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0（含遮光片）的兩滑塊SKIPIF1<0、B從光電門1、2的外側(cè)勻速相向運動，在兩個光電門之間某位置發(fā)生碰撞并粘在一起繼續(xù)運動，運動到氣墊導(dǎo)軌一端時立刻被鎖定。（1）兩滑塊上的遮光片寬度相同，用游標(biāo)卡尺測量遮光片寬度的結(jié)果如圖乙所示，則遮光片的寬度為________SKIPIF1<0；（2）在調(diào)節(jié)裝置時，啟動充氣機，在氣墊導(dǎo)軌上輕推一個滑塊，要求滑塊通過兩光電門時的擋光時間相等，其目的是________。（3）實驗中光電門1記錄擋光時間為SKIPIF1<0，光電門2記錄三次擋光時間均為SKIPIF1<0，如果同學(xué)得到________表達(dá)式（用題中已知的物理量表示），就說明滑塊