高考物理二輪復習實驗清單：力學實驗（三）

力學實驗（3）——高考物理二輪復習實驗清單大全

實驗九：驗證動量守恒定律

考點平均卷面分：9；考查頻次：中。

【知識梳理】

一、實驗目的

驗證一維碰撞中的動量守恒定律。

二、實驗原理

在一維碰撞中，測出相碰的兩物體的質量mi、m2和碰撞前、后物體的速度VI、V2、V1\V2’,

算出碰撞前的動量p=miVi+m2V2及碰撞后的動量p'=miv/+m2V2',看碰撞前、后動量是否相

等。

三、實驗器材

方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗

氣墊導軌、光電計時器、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。

方案二：利用長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗

光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車（兩個）、天平、撞針、橡皮泥。

方案三：利用斜槽滾球完成一維碰撞實驗

斜槽、小球（兩個）、天平、復寫紙、白紙等。

四、實驗過程

方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出滑塊質量。

2.安裝：正確安裝好氣墊導軌，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（①改變

滑塊質量；②改變滑塊的初速度大小和方向）。

4.驗證：一維碰撞中的動量守恒。

方案二：利用長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出兩小車的質量。

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。

4.測速度：通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間，由v筆算出速度。

5.改變條件：改變碰撞條件，重復實驗。

6.驗證：一維碰撞中的動量守恒。

方案三：利用斜槽滾球完成一維碰撞實驗

1.測質量：用天平測出兩小球的質量，并選定質量大的小球為入射小球。

2.安裝：安裝實驗裝置，如圖所示。調整固定斜槽使斜槽底端水平。

3.鋪紙：白紙在下，復寫紙在上且在適當位置鋪放好。記下重垂線所指的位置0。

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。如圖所示。

Z*、、Z*?*~、

Y??_■

?、?/、?/I、?/

MPN

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m]OP=miOM

+m20N,看在誤差允許的范圍內是否成立。

7.整理：將實驗器材放回原處。

五、數(shù)據(jù)處理

方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗

1.滑塊速度的測量：V=普，式中Ax為滑塊擋光片的寬度（儀器說明書上給出，也可直接測量），

加為數(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：mivi+m2V2=miv/+m2V2、

方案二：利用長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗

1.小車速度的測量：v=等，式中Ax是紙帶上兩計數(shù)點間的距離，可用刻度尺測量，加為小車

經(jīng)過Ax的時間，可由打點間隔算出。

2.驗證的表達式：miVi+m2V2=miVi,+m2V2,o

方案三：利用斜槽滾球完成一維碰撞實驗

驗證的表達式：miOP=miOM4-m2ONo

六、誤差分析

L系統(tǒng)誤差：主要來源于裝置本身。

（1）碰撞不是一維。

（2）實驗不滿足動量守恒的條件，如氣墊導軌不水平，用長木板實驗時沒有平衡摩擦力，兩

球不等大。

2.偶然誤差：主要來源于質量mi、m2和碰撞前后速度（或水平射程）的測量。

七、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，調整氣墊導軌時，應注意利用水平儀確保導軌水平。

（2）若利用兩小車相碰進行驗證，要注意平衡摩擦力。

（3）若利用平拋運動規(guī)律進行驗證：

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。

3.探究結論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不變。

【試題練習】

1.用如圖甲所示裝置可研究斜槽末端兩小球碰撞時的動量守恒。

砂L壬妞/C.鋼球2

斜槽JT/鉛垂線A.塑料球

復寫紙白飛

。-B.鋼球i

甲乙

(1)下列相關說法正確的有O

A.安裝軌道時，必須選擇光滑的斜槽

B.鉛垂線的作用是確定小球拋出點在水平地面上的垂直投影位置

C.實驗中必須測量小球下落的高度

D.同一組實驗中入射小球必須從同一高度釋放

(2)實驗中需選擇合適的兩小球發(fā)生碰撞，現(xiàn)提供如圖乙所示的三個小球，則入射小球應選

擇,被撞小球應選擇(填圖乙中的序號)。

(3)如圖丙，白紙上記錄了多次重復實驗的數(shù)據(jù)，其中。點是小球拋出點在水平地面上的垂

直投影，則5處對應小球的落地點與。點的距離為cm；若入射小球的質量為叫，被

撞小球的質量為m2,A、B、C三處落點與。點的距離記作次、OB.0C,則實驗需要驗證

1.答案：(1)D

(2)鋼球1；鋼球2

(3)22.10；mr-OB-ml-OA+m2-OC

解析：(1)A.為保證小球水平飛出，軌道末端必須水平，不必須選擇光滑的斜槽，故A錯誤；

B.鉛垂線有助于標記拋出點在水平面上的位置，故B錯誤；

C.小球每次平拋運動的時間均相等，不需要測量高度，故C錯誤；

D.同一組實驗中，為保證小球到達斜槽底端的速度相同，入射小球必須從同一高度釋放，故D

正確。

故選D。

(2)為減小實驗誤差，應選擇鋼球，為避免反彈，入射小球的質量一定要大于被撞小球，結

合題意，入射小球選擇鋼球1,被撞小球選擇鋼球2。

(3)如圖，3處對應小球的落地點與。點的距離為22.10cm。小球運動時間均相等，根據(jù)動

量守恒

OBOAOC

叫--=網(wǎng)----l-m2----

則實驗需要驗證的等式為mlOB^mlOA+m2OC

2.某同學設計了一個如圖所示的實驗裝置驗證動量守恒定律。小球A底部豎直地粘住一片寬度

為d的遮光條，用懸線懸掛在。點。光電門固定在。點正下方鐵架臺的托桿上，小球3放在

豎直支撐桿上，桿下方懸掛一重錘，小球A(包含遮光條)和3的質量用天平測出分別為加A、

mB,拉起小球A一定角度后釋放，兩小球碰撞前瞬間，遮光條剛好通過光電門，碰后小球3

做平拋運動而落地，小球A反彈右擺一定角度，計時器的兩次示數(shù)分別為:、小球3離地

面的高度為力，小球3平拋的水平位移為X。

(1)關于實驗過程中的注意事項，下列說法正確的是(填正確答案標號)。

A.小球A的質量要大于小球3的質量

B.要使小球A和小球B發(fā)生對心碰撞

C.應使小球A由靜止釋放

(2)某次測量實驗中，該同學測量數(shù)據(jù)如下：d=0.3cm,h=0.8m,x=0.4m,=0.0010s,

%=0.0030s,重力加速度g取lOm/sz,若小球A（包含遮光條）與小球B的質量之比為叫：啊=

,則動量守恒定律得到驗證，根據(jù)數(shù)據(jù)可以得知小球A和小球B發(fā)生的碰撞是

（填“彈性”或“非彈性”）碰撞。

2.答案：（1）B

（2）1:4;非彈性

解析：（1）A.根據(jù)題意可知，碰撞后入射球反彈，則要求入射球A的質量小于被碰球3的質

量，故A錯誤；

B.實驗時要使小球A和小球B發(fā)生對心碰撞，故B正確；

C.由于碰撞前后小球A的速度由光電門測出，則小球A釋放不一定從靜止開始，故C錯誤。

故選B。

（2）碰撞前后小球A的速度由光電門測出，則有匕=?=0-3xl°-m/s=3m/s

40.0010

，d0.3x10-2

%=Tm/s=Im/s

b20.0030

設小球3碰撞后的速度為為，根據(jù)平拋運動規(guī)律有/2=gg/，x=xy

解得％=-=I=m^s=lm/s

I2h2x0.8

Vio

若碰撞前后動量守恒，則有mAvx=mAj+mBv2

解得吆二二^=!

mB%+v/4

碰撞前系統(tǒng)的動能為g=4.5也

而碰撞后系統(tǒng)的動能為與=；加/：2+；%學=2.5mA

由于&＞后2

小球A和小球B發(fā)生的碰撞是非彈性碰撞。

實驗十：用單擺測定重力加速度

考點平均卷面分：9；考查頻次：中。

【知識梳理】

一、實驗原理

由單擺的周期公式T=2m"]，可得出g=￥，l,測出單擺的擺長1和振動周期T,就可求出當?shù)?/p>

\lgT-

的重力加速度go

二、實驗器材：

單擺、游標卡尺、毫米刻度尺、停表。

三、實驗步驟

(1)做單擺：取約1m長的細絲線穿過帶中心孔的小鋼球，并打一個比小孔大一些的結，然

后把線的另一端用鐵夾固定在鐵架臺上，讓擺球自然下垂，如圖所示。

(2)測擺長：用毫米刻度尺量出擺線長L(精確到毫米)，用游標卡尺測出擺球直徑D,則單

擺的擺長1=L+?。

(3)測周期：將單擺從平衡位置拉開一個角度(小于5。)，然后釋放擺球，記下單擺擺動30?

50次的總時間，算出平均每擺動一次的時間，即單擺的振動周期。

(4)改變擺長，重做幾次實驗。

四、數(shù)據(jù)處理

(1)公式法：gW。

/4；1

淳

(K--------------

(2)圖象法：畫圖象。

g=4Ak=[=M

五、注意事項

(1)懸線頂端不能晃動，需用夾子夾住，保證懸點固定。

(2)單擺必須在同一平面內振動，且擺角小于5。。

(3)選擇在擺球擺到平衡位置處時開始計時，并數(shù)準全振動的次數(shù)。

(4)擺球自然下垂時，用毫米刻度尺量出懸線長L,用游標卡尺測量小球的直徑，然后算出

擺球的半徑r,貝IJ擺長l=L+r?

(5)選用1m左右的細線。

【試題練習】

3.某同學用如圖所示裝置測量重力加速度.鐵架臺上固定著光電門43,小鐵球被吸在電磁鐵

上，調節(jié)光電門的位置，使小球下落時球心正好通過光電門.兩光電門與數(shù)字計時器相連，能

記錄小球從光電門A運動到光電門B的時間.

/何

電磁鐵rM~iA

I

光電門占二］B2cm

,產(chǎn)?111卜I|111111

0510

甲乙

(1)用游標卡尺測量小球直徑，讀數(shù)如圖乙所示，則小球的直徑為。=cm；

(2)給電磁鐵斷電，小球自由下落，測得小球通過光電門43及從光電門A到光電門3的

時間分別為小灰和加，測得當?shù)氐闹亓铀俣萭=(用以、品和如和d表示);

(3)改變實驗方法，給電磁鐵斷電，小球自由下落，測得小球通過光電門5所用的時間/,

同時用刻度尺測出兩光電門間的高度差加保持電磁鐵和光電門A的位置不變，調節(jié)光電門3

的位置，重復實驗，測得多組/和力，作士―丸圖像，得到圖像的斜率為左，測得當?shù)氐闹亓?/p>

t

速度g=(用k,d表示).

3.答案：(1)1.05(2)——(3)皎

解析：(1)用游標卡尺測小球直徑為1cm+5x0.01cm=1.05cm；

.dd_汨d(11、

(2)由—AB，信g------；

'AtAB^tBtA?

（3）由］4］］丫2=2劭得,=匕+次/7,結合題意知，『k，解得g=&L

UJat2d-d2d22

4.（1）某小組用單擺測定重力加速度的實驗裝置如圖1所示。若測出單擺30次全振動的時間

/、擺線長/、擺球直徑力則當?shù)氐闹亓铀俣萭=（用測出的物理量表示）。

某同學用一個鐵鎖代替小球做實驗。只改變擺線的長度，測量了擺線長度/不同時單擺的周期

T,該同學后續(xù)測量了多組實驗數(shù)據(jù)做出了T2T圖像，該圖像對應圖中^______

該同學用圖像法處理數(shù)據(jù)，若不考慮測量誤準，計算均無誤，算出重力加速度g的測量值，與

重力加速度g真實值相比是的（選填“偏大”“偏小”或“相同”）。

（2）另外一個實驗小組設計了如圖2所示的實驗裝置測速度并驗證動量守恒定律。圖中水平

桌面上放置氣墊導軌，導軌上有光電門1和光電門2,它們與數(shù)字計時器相連，彈性滑塊4

3質量分別為加八%兩遮光片沿運動方向的寬度均為d,讓3保持靜止，輕推A,實驗中

為確保碰撞后滑塊A繼續(xù)向前運動，則叫、叫應滿足的關系是叫（填“大于”“等于"

或“小于”）mBo

實驗先調節(jié)氣墊導軌成水平狀態(tài)，再輕推滑塊4測得A通過光電門1的遮光時間為％,A與

3相碰后，3和A先后經(jīng)過光電門2的遮光時間分別為馬和明在實驗誤差允許的范圍內，若

滿足關系式（用字母加A、7%、4、與、才3表示），則可認為驗證了動量守恒定律。

4.答案：（1）18。加2"）；B；相同（2）大于；外=絲+”

t1乙’2’3

解析：（1）擺長為工=/+四，周期為T=2_,根據(jù)單擺的周期公式T=2兀匹，可得當?shù)氐闹?/p>

230[g

力力口速度g=180°/（2/+O；將周期公式