2024届高考物理一轮复习第六章动量动量守恒定律第5讲实验：验证动量守恒定律课件

这是一份2024届高考物理一轮复习第六章动量动量守恒定律第5讲实验：验证动量守恒定律课件，共35页。
二、核心关键——数据处理1．碰撞找点：把被碰小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。标出碰撞前、后入射小球落点的平均位置P、M和被碰小球落点的平均位置N。如图2所示。2．验证：测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中，最后代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。
方案(二)　利用等长摆球完成一维碰撞实验[实验器材]带细线的摆球(两套，等大不等重)、铁架台、天平、量角器、刻度尺、游标卡尺、胶布等。[实验步骤]1．测质量和直径：用天平测出小球的质量m1、m2，用游标卡尺测出小球的直径d。2．安装：把小球用等长悬线悬挂起来，并用刻度尺测量悬线长度l。3．实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。4．测角度：用量角器测量小球被拉起的角度和碰撞后两小球摆起的角度。5．改变条件重复实验：①改变小球被拉起的角度；②改变摆长。
方案(三)　利用两辆小车完成一维碰撞实验[实验器材]光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥、刻度尺等。
[实验步骤]1．测质量：用天平测出两小车的质量。2．安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
3．实验：小车B静止，接通电源，让小车A运动，碰撞时撞针插入橡皮泥中，两小车连接成一个整体运动。4．改变条件重复实验：①改变小车A的初速度；②改变两小车的质量。
归纳共性实验关键　1．不变的实验原理两个物体发生碰撞，测量出两个物体的质量以及碰撞前后两个物体的速度。2．通用的数据处理方法计算碰撞之前的总动量m1v1＋m2v2和碰撞之后的总动量m1v1′＋m2v2′。3．共同的注意事项(1)碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。(2)选质量较大的小球作为入射小球，即m入＞m被碰。4．一致的误差分析思路(1)主要来源于质量m1、m2的测量。(2)小球落点的确定。(3)小球水平位移的测量。
一、基础考法保住分考查点(一)　实验原理与操作1．某同学用图甲所示的装置来验证动量守恒定律，A、B为半径相同的小球(mA>mB)，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一位置G由静止释放，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作多次，得到多个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止释放。两球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作多次。图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹如图乙所示，图中米尺的零刻度线与O点对齐(未画出)。
(1)碰撞后B球的水平射程应为________cm；(2)以下选项中，本次实验必须进行测量的是______(填选项前的字母)。A．测量A球未与B球相碰时的平均落点到O点的距离B．测量A球与B球相碰后的平均落点到O点的距离C．测量A球和B球的直径D．测量A球和B球的质量E．测量水平槽面相对于O点的高度
答案：(1)65.7(65.5～65.9均正确)　(2)ABD
[关键点拨]实验操作的四点提醒(1)调整斜槽末端切线水平，保证小球碰后均做平抛运动。(2)入射小球与被碰小球的平抛起点相同。(3)小球碰撞前后做平抛运动的时间相同，因此，可用平抛的水平位移替代平抛的初速度进行实验验证。(4)以最小的圆包括小球的落地点，则该圆的圆心即为小球落点的平均位置。
考查点(二)　数据处理与误差分析2．(2022·重庆高考)如图为某小组探究两滑块碰撞前后的动量变化规律所用的实验装置示意图。带刻度尺的气垫导轨右支点固定，左支点高度可调，装置上方固定一具有计时功能的摄像机。(1)要测量滑块的动量，除了前述实验器材外，还必需的实验器材是________。(2)为减小重力对实验的影响，开动气泵后，调节气垫导轨的左支点，使轻推后的滑块能在气垫导轨上近似做________运动。
(3)测得滑块B的质量为197.8 g，两滑块碰撞前后位置x随时间t的变化图像如图所示，其中①为滑块B碰前的图线。取滑块A碰前的运动方向为正方向，由图中数据可得滑块B碰前的动量为______kg·m·s－1(保留2位有效数字)，滑块A碰后的图线为________(选填“②”“③”或“④”)。
答案：(1)天平　(2)匀速直线　(3)－0.011　③[关键点拨](1)气垫导轨应保持水平，能让滑块在气垫导轨上近似做匀速直线运动。(2)两物体碰撞后要根据实际情况，符合“后不超前”原则。
二、创新考法不失分创新角度(一)　实验目的的创新1．如图甲所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。
实验步骤如下：①用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；②将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；③让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角；④多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值；⑤换不同挡位测量，并将结果填入下表。
完成下列填空：(1)现测得高速挡指针最大偏角如图乙所示，请将表中数据补充完整：θ＝________。(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v＝________。(已知重力加速度为g)
(3)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由：________________________________________________________________________________________。[创新点分析](1)利用动量守恒、机械能守恒计算弹丸的发射速度。(2)减小实验误差的措施，体现了物理知识和物理实验的实用性、创新性和综合性。　　
创新角度(二)　实验器材的创新2．为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；
步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。(1)由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置在________。①P5、P6之间　　②P6处　　③P6、P7之间(2)为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是________。①A、B两个滑块的质量m1和m2②滑块A释放时距桌面的高度③频闪照相的周期
④照片尺寸和实际尺寸的比例⑤照片上测得的s45、s56和s67、s78⑥照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89⑦滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式_____________________________________。(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：______________________________________________________________________________。解析：(1)由题图可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处，又由于P6位置滑块速度明显减小，故A、B相撞的位置在P6处，故②正确。(2)设碰撞前滑块A在P4、P5、P6的速度分别为v4、v5、v6，碰撞后，整体在P6、P7、P8的速度分别为v6′、v7、v8，
②在足够成像的前提下，缩短频闪照相每次曝光的时间，使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。③适当增大相机和轨道槽的距离，减小由于镜头拍摄引起的距离误差。④将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动。答案：(1)②(2)①⑥　m1(2s56＋s45－s34)＝(m1＋m2)(2s67＋s78－s89)(3)见解析(任意一条即可)
创新角度(三)　实验原理的创新3．某同学用如图甲所示的装置验证碰撞中动量守恒。一根长为L的轻质不可伸缩细线一端拴住质量为mA的小钢球A，细线的另一端固定在悬点O，在最低点的前后放置一光电门，光电门前的水平面上放一质量为mB的金属物块B，物块的上表面中央固定一轻质的遮光片。现将小球向右拉至细线水平后静止释放，小球在最低点与物块碰撞后反弹上升，测出小球反弹上升时细线的最大偏角为θ，光电门记录的挡光时间为t，已知重力加速度为g。则
(1)用20分度的游标卡尺测遮光片的宽度如图乙所示，则遮光片的宽度d＝________mm；(2)小球与物块的质量大小关系为mA________mB(选填“＞”“＝”或“＜”)；(3)验证小球与物块在碰撞过程中动量守恒的表达式为________。(用字母mA、mB、L、d、θ、t、g表示)[创新点分析](1)利用光电门测物块碰后的速度。(2)利用机械能守恒定律得出小球碰撞前后的速度。　　
创新角度(四)　实验过程的创新4．一同学采用如图甲所示的实验装置，设计了“验证动量守恒定律”的实验。实验装置中的斜面和水平面之间用很短的平滑曲面连接，物块通过平滑曲面时速度大小不变。实验步骤主要包括：①选取两块表面粗糙程度相同的物块A、B。②将两个粘扣分别钉到两物块的侧面上，使两物块相碰时能粘合在一起。
③让物块A从斜面上某一位置O处由静止开始滑下，记下物块A在水平面上停下的位置P(多次滑下以准确确定位置P)，如图乙所示。④在靠近斜面底端处放物块B，并使带有粘扣的一侧朝左，标出此时B所处位置M，让物块A从同一位置O处由静止开始滑下，A、B碰撞后粘合在一起，标出停止时两物块的位置N，如图丙所示。⑤用刻度尺测MP、MN的长度s1和s2，用天平测出A、B的质量mA、mB。(1)只要mA、mB、s1、s2之间满足关系式____________________，就可以认为碰撞瞬间A、B系统的总动量保持不变。(2)为了增大碰前物块A的速度，可采取的措施有：①_______________________；②____________________________________________________________________。
[创新点分析](1)使物块A从同一位置由静止下滑，以保证物块A到达斜面底端时的速度相同。(2)物块碰撞前后的速度可由其在水平面上滑行的距离分析得出。