2024届高考物理一轮复习全书完整Word版第六章 实验八

这是一份2024届高考物理一轮复习全书完整Word版第六章 实验八，共6页。试卷主要包含了实验原理，实验器材，实验步骤等内容，欢迎下载使用。
实验八　验证动量守恒定律1．实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前、后物体的速度v、v′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否相等．2．实验器材斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线．3．实验步骤(1)用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．(2)按照如图1甲所示安装实验器材．调整、固定斜槽使斜槽底端水平．图1(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球，让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把小球所有的落点都圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．(5)把被撞小球放在斜槽末端，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．用步骤(4)的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图乙所示．(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度．将测量数据填入表中．最后代入m1·＝m1·＋m2·，看在误差允许的范围内是否成立．(7)整理好实验器材，放回原处．(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒．  1．数据处理验证表达式：m1·＝m1·＋m2·2．注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平；(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；(3)选质量较大的小球作为入射小球；(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．例1　(2019·广西钦州市4月综测)如图2甲，某实验小组采用常规方案验证动量守恒定律．实验完成后，该小组又把水平木板改为竖直木板再次实验，如图乙所示．图中小球半径均相同、质量均已知，且mA>mB，B、B′ 两点在同一水平线上．图2(1)若采用图甲所示的装置，实验中还必须测量的物理量是__________________________．(2)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是______．A．必需测量BN、BP和BM的距离B．必需测量B′N、B′P和B′M的距离C．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒D．若＝＋，则表明此碰撞动量守恒答案　(1)OM、OP和ON的距离　(2)BC解析　(1)如果采用题图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代替速度进行验证，故需要测量OM、OP和ON的距离；(2)采用题图乙所示装置时，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度表示出对应的水平速度，故需测量B′N、B′P和B′M的距离，小球碰后做平抛运动，速度越快，下落高度越小，单独一个小球下落时，落点为P，两球相碰后，落点分别为M和N，根据动量守恒定律有：mAv＝mAv1＋mBv2，而速度v＝，根据h＝gt2可得t＝，解得：v＝，v1＝，v2＝，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有：＝＋，故选C.变式1　如图3，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系．图3(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通过仅测量________(填选项前的序号)，间接地解决这个问题．A．小球开始释放的高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的水平位移(2)用天平测量两个小球的质量m1、m2.图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置静止释放；然后把被碰小球m2静置于轨道水平部分的右侧末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相撞，并重复多次，分别找到小球的平均落点M、P、N，并测量出平均水平位移OM、OP、ON.(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为________________________[用(2)中测量的量表示]；若碰撞是弹性碰撞，那么还应该满足的表达式为________________________[用(2)中测量的量表示]．答案　(1)C　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON  m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2解析　(1)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平位移大小来体现速度大小，故需要测量水平位移，故A、B错误，C正确．(3)根据平抛运动规律可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则：v0＝，v1＝，v2＝，而动量守恒的表达式是：m1v0＝m1v1＋m2v2若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式m1·OP＝m1·OM＋m2·ON；若为弹性碰撞，则碰撞前后系统动能相同，则有：m1v02＝m1v12＋m2v22，即满足关系式：m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2. 创新方案1　利用气垫导轨 1．实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、弹簧片、胶布、撞针、橡皮泥等．2．实验方法(1)测质量：用天平测出两滑块的质量．(2)安装：按图4安装并调好实验装置．图4(3)实验：接通电源，利用光电计时器测出两滑块在各种情况下碰撞前、后的速度(例如：①改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)．(4)验证：一维碰撞中的动量守恒．例2　(2019·江苏南通市模拟)验证动量守恒定律的装置如图5所示．在气垫导轨上给滑块A向右的速度，通过光电门1后与静止的滑块B相碰并粘合在一起通过光电门2.计时器显示滑块A、B通过光电门1和2的时间分别为Δt1和Δt2.测得滑块A、B的质量分别为m1、m2，A、B滑块上的遮光片宽度分别为d1、d2.碰撞过程中，滑块A对B的冲量大小________(选填“>”“<”或“＝”)滑块B对A的冲量大小，碰撞过程中验证动量守恒定律的表达式为____________________________(用题中所给的字母表示)．图5答案　＝　m1＝(m1＋m2)解析　滑块A对B的作用力与B对A的作用力是一对作用力与反作用力，等大反向，滑块A、B作用时间相等，所以滑块A对B的冲量大小等于滑块B对A的冲量大小；根据动量守恒定律可知，m1v1＝(m1＋m2)v2根据速度公式可知v1＝，v2＝；联立可得应满足的表达式为：m1＝(m1＋m2). 创新方案2　利用等长的悬线悬挂等大的小球 1．实验器材：两个小球(大小相同，质量不同)、悬线、天平、量角器等．图62．实验方法(1)测质量：用天平测出两小球的质量．(2)安装：如图6所示，把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来．(3)实验：质量较小的小球静止，将质量较大的小球拉开一定角度释放，两小球相碰．(4)测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度．(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验．(6)验证：一维碰撞中的动量守恒．例3　如图7所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边缘有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c，弹性球1、2的质量m1、m2.图7(1)还需要测量的量是__________________________和________________________．(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为_________________．(忽略小球的大小)答案　(1)立柱高h　桌面离水平地面的高度H  (2)2m1＝2m1＋m2解析　(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量m2和立柱高h、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化．(2)根据(1)的解析可以写出验证动量守恒的方程为：2m1＝2m1＋m2.