2022年高考物理總復(fù)習(xí)第一部分常考考點(diǎn)復(fù)習(xí)指導(dǎo)-實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

PAGE3-實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮推鞑膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證動(dòng)量守恒定律在一維碰撞中，測(cè)出兩物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的總動(dòng)量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的總動(dòng)量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動(dòng)量是否相等實(shí)驗(yàn)器材方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案二：利用光滑長(zhǎng)木板完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案三：利用等長(zhǎng)擺球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)方案四：利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1．滑塊速度的測(cè)量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx為滑塊擋光片的寬度(儀器說(shuō)明書上給出，也可直接測(cè)量)，Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過(guò)光電門的時(shí)間。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。方案二：利用光滑長(zhǎng)木板完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1．小車速度的測(cè)量：通過(guò)紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間，由v＝eq\f(Δx,Δt)計(jì)算。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1＝(m1＋m2)v2。方案三：利用等長(zhǎng)擺球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)1．?dāng)[球速度的測(cè)量：v＝eq\r(2gh)，式中h為小球釋放時(shí)(或碰撞后擺起)的高度，h可由擺角和擺長(zhǎng)(l＋eq\f(d,2))計(jì)算出。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1v1＝m1v1′＋m2v2′。方案四：利用斜槽滾球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1．小球水平射程的測(cè)量：連接ON，測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度。2．驗(yàn)證的表達(dá)式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。1．系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)操作等。(1)碰撞是否為一維。(2)氣墊導(dǎo)軌是否完全水平，擺球受到空氣阻力，小車受到長(zhǎng)木板的摩擦力，入射小球的釋放高度存在差異。2．偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的測(cè)量。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(yàn)證，給滑塊的初速度應(yīng)沿著導(dǎo)軌的方向。(2)若利用擺球進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)前兩擺球應(yīng)剛好接觸且球心在同一水平線上，將擺球拉起后，兩擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。(3)若利用兩小車相碰進(jìn)行驗(yàn)證，要注意平衡摩擦力。(4)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證，安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整斜槽，使斜槽末端切線水平，且選質(zhì)量較大的小球?yàn)槿肷湫∏?。熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】(2022·岳陽(yáng)模擬)某同學(xué)用圖甲所示裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將斜槽固定在水平桌面上，調(diào)整末端切線水平；②將白紙固定在水平地面上，白紙上面放上復(fù)寫紙；③用重垂線確定斜槽末端在水平地面上的投影點(diǎn)O；④讓小球A緊貼定位卡由靜止釋放，記錄小球的落地點(diǎn)，重復(fù)多次，確定落地點(diǎn)的中心位置Q；⑤將小球B放在斜槽末端，讓小球A緊貼定位卡由靜止釋放，記錄兩小球的落地點(diǎn)，重復(fù)多次，確定A、B兩小球落地點(diǎn)的中心位置P、R；⑥用刻度尺測(cè)量P、Q、R距O點(diǎn)的距離x1、x2、x3；⑦用天平測(cè)量小球A、B質(zhì)量m1、m2；⑧分析數(shù)據(jù)，驗(yàn)證等式m1x2＝m1x1＋m2x3是否成立，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)步驟⑤與步驟④中定位卡的位置應(yīng)________________________________。(2)步驟④與步驟⑤中重復(fù)多次的目的是______________________________。(3)為了使小球A與B碰撞后運(yùn)動(dòng)方向不變，A、B質(zhì)量大小關(guān)系為m1______________m2。(選填“>”“<”或“＝”)(4)如圖乙是步驟⑥的示意圖，則步驟④中小球落地點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為_(kāi)_____________m。【解析】(1)為使入射球到達(dá)斜槽末端時(shí)的速度相等，應(yīng)從同一位置由靜止釋放入射球，即步驟⑤與步驟④中定位卡的位置應(yīng)保持不變。(2)步驟④與步驟⑤中重復(fù)多次的目的是減少實(shí)驗(yàn)誤差。(3)為了使小球A與B碰后運(yùn)動(dòng)方向不變，A、B質(zhì)量大小關(guān)系為m1>m2。(4)由圖示刻度尺可知，其分度值為1mm，步驟④中小球落點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為OQ＝37.26cm＝0.3726m。答案：(1)保持不變(2)減少實(shí)驗(yàn)誤差(3)>(4)0.3726(0.3724～0.3728之間均可)熱點(diǎn)二創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)角度1不變目的變裝置(氣墊導(dǎo)軌＋光電門)【典例2】某同學(xué)用如圖1所示的裝置“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前在水平放置的氣墊導(dǎo)軌左端裝一個(gè)彈射裝置，滑塊碰到彈射裝置時(shí)將被鎖定，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，滑塊可被彈射裝置向右彈出?；瑝K甲和滑塊乙上裝有相同寬度的擋光片，在滑塊甲的右端和滑塊乙的左端裝上了彈性碰架(圖中未畫出)，可保證在滑塊碰撞過(guò)程中能量損失極小。開(kāi)始時(shí)，滑塊甲被彈射裝置鎖定，滑塊乙靜置于兩個(gè)光電門之間。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d如圖2所示，則d＝__________cm。(2)為使碰撞后兩個(gè)滑塊能夠先后通過(guò)光電門2，則選用下列哪組滑塊能使實(shí)驗(yàn)效果更好__________。A．m甲＝50g，m乙＝50gB．m甲＝100g，m乙＝50gC．m甲＝50g，m乙＝100g(3)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)記錄下滑塊甲(質(zhì)量為m甲)通過(guò)光電門1的時(shí)間為t1，滑塊乙(質(zhì)量為m2)通過(guò)光電門2的時(shí)間為t2，滑塊甲通過(guò)光電門2的時(shí)間為t3，根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材等測(cè)量條件確定誤差范圍。①只要等式__________成立，則可說(shuō)明碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒；②只要等式__________成立，則可說(shuō)明這次碰撞為彈性碰撞。(注：以上2個(gè)等式必須用題目中所給的字母表示)【解析】(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為21mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×7mm＝0.35mm，則最終讀數(shù)為21.35mm＝2.135cm；(2)為使碰撞后兩個(gè)滑塊能夠先后通過(guò)光電門2，所以入射滑塊不能反彈，所以應(yīng)用質(zhì)量較大的滑塊去碰質(zhì)量較小的滑塊，故選B項(xiàng)；(3)滑塊經(jīng)過(guò)光電門的速度分別為：v1＝eq\f(d,t1)，v2＝eq\f(d,t2)，v3＝eq\f(d,t3)。①設(shè)甲的初速度方向?yàn)檎较颍瑒t由動(dòng)量守恒定律有：m甲v1＝m甲v3＋m乙v2；代入速度公式則有：m甲eq\f(d,t1)＝m甲eq\f(d,t3)＋m乙eq\f(d,t2)，即eq\f(m甲,t1)＝eq\f(m甲,t3)＋eq\f(m乙,t2)；②要保證為彈性碰撞，碰撞前后機(jī)械能守恒，則有：eq\f(1,2)m甲eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t1)))eq\s\up12(2)＝eq\f(1,2)m甲eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t3)))eq\s\up12(2)＋eq\f(1,2)m乙eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t2)))eq\s\up12(2)；即eq\f(m甲,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))＝eq\f(m甲,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)))＋eq\f(m乙,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))成立，即說(shuō)明為彈性碰撞。答案：(1)2.135(2)B(3)①eq\f(m甲,t1)＝eq\f(m甲,t3)＋eq\f(m乙,t2)②eq\f(m甲,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))＝eq\f(m甲,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)))＋eq\f(m乙,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)))創(chuàng)新解讀本題的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在利用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板，利用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，提高實(shí)驗(yàn)的精確度。在數(shù)據(jù)處理與分析環(huán)節(jié)，利用相對(duì)誤差評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。角度2不變目的變裝置(斜面＋平拋)【典例3】(2021·鄭州模擬)為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟做了如下實(shí)驗(yàn)：①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)。②如圖所示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置。將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端處的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端。③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置。④將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和m2在斜面上的落點(diǎn)位置。⑤用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離，圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D、LE、LF。(1)小球m1和m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中的__________點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的__________點(diǎn)。(2)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，只要滿足關(guān)系式______________，則說(shuō)明碰撞中動(dòng)量守恒。(3)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，只要再滿足關(guān)系式______________，則說(shuō)明兩小球的碰撞是彈性碰撞?！窘馕觥坑深}意可知，碰撞后m1的落點(diǎn)是圖中的D點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的F點(diǎn)。設(shè)斜面BC的傾角為θ，小球從斜面頂端平拋落到斜面上，兩者距離為L(zhǎng)，由平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知，Lcosθ＝vt，Lsinθ＝eq\f(1,2)gt2，可得v＝Lcosθeq\r(\f(g,2Lsinθ))＝cosθeq\r(\f(gL,2sinθ))，由于θ、g都是恒量，所以v∝eq\r(L)，v2∝L，所以動(dòng)量守恒的表達(dá)式可以化簡(jiǎn)為m1eq\r(LE)＝m1eq\r(LD)＋m2eq\r(LF)，機(jī)械能守恒的表達(dá)式可以化簡(jiǎn)為m1LE＝m1LD＋m2LF。答案：(1)DF(2)m1eq\r(LE)＝m1eq\r(LD)＋m2eq\r(LF)(3)m1LE＝m1LD＋m2LF創(chuàng)新解讀本實(shí)驗(yàn)利用斜面上的平拋運(yùn)動(dòng)獲得兩球碰后的速度，根據(jù)平拋斜面模型采用分解位移找數(shù)學(xué)關(guān)系分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。角度3變裝置變目的(測(cè)量速度)【典例4】如圖甲所示，沖擊擺是一個(gè)用細(xì)線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時(shí)陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測(cè)出彈丸的發(fā)射速度。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測(cè)出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；②將實(shí)驗(yàn)裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長(zhǎng)度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動(dòng)平穩(wěn)，同時(shí)用刻度尺測(cè)出擺長(zhǎng)；③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動(dòng)彈簧槍的扳機(jī)，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動(dòng)指針一起擺動(dòng)，記下指針的最大偏角；④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值；⑤換不同擋位測(cè)量，并將結(jié)果填入下表。完成下列填空：擋位低速擋中速擋高速擋平均最大偏角θ(度)15.719.1彈丸質(zhì)量m(kg)0.007650.007650.00765擺塊質(zhì)量M(kg)0.07890.07890.0789擺長(zhǎng)l(m)0.2700.2700.270彈丸的速度v(m/s)5.036.777.15(1)現(xiàn)測(cè)得高速擋指針最大偏角如圖乙所示，請(qǐng)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：θ＝__________°。(2)用上述測(cè)量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v＝__________。(已知重力加速度為g)(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，每次實(shí)驗(yàn)前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對(duì)應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角。請(qǐng)寫出這樣做的一個(gè)理由：_________________________________?！窘馕觥?1)分度值為1°，故讀數(shù)為22.6°(22.4°～22.8°均正確)。(2)彈丸射入擺塊內(nèi)，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有mv＝(m＋M)v′，擺塊向上擺動(dòng)，由機(jī)械能守恒定律得eq\f(1,2