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1、高考物理經(jīng)典習題解析實驗八驗證動量守恒定律1.實驗原理在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前、后物體的速度v、v，算出碰撞前的動量pm1v1m2v2及碰撞后的動量pm1v1m2v2，看碰撞前后動量是否相等。2.實驗器材斜槽、小球(兩個)、天平、直尺、復寫紙、白紙、圓規(guī)、重垂線。3.實驗步驟(1)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)按照如圖1甲所示安裝實驗器材。調(diào)整、固定斜槽使斜槽底端水平。圖1(3)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O。(4)不放被碰小球，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)畫盡量小的圓把小球所有的落點都圈

2、在里面。圓心P就是小球落點的平均位置。(5)把被碰小球放在斜槽末端，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和被碰小球落點的平均位置N，如圖乙所示。(6)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m1m1m2_，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。(7)整理好實驗器材，放回原處。(8)實驗結(jié)論：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞系統(tǒng)的動量守恒。1.數(shù)據(jù)處理驗證表達式：m1m1m2。2.注意事項(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

3、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。命題點一教材原型實驗【例1】 (2020廣西欽州市4月綜測)如圖2甲，某實驗小組采用常規(guī)方案驗證動量守恒定律。實驗完成后，該小組又把水平木板改為豎直木板再次實驗，如圖乙所示。圖中小球半徑均相同、質(zhì)量均已知，且mAmB，B、B 兩點在同一水平線上。,圖2)(1)若采用圖甲所示的裝置，實驗中還必須測量的物理量是_。(2)若采用圖乙所示的裝置，下列說法正確的是_。A.必需測量BN、BP和BM的距離B.必需測量BN、BP和BM的距離C.若，則表明此碰撞動量守恒D.若，則表明此碰撞動量守恒答案(1)OM、OP和ON的距離(2)BC解析(

4、1)如果采用題圖甲所示裝置，由于小球平拋運動的時間相等，故可以用水平位移代替速度進行驗證，故需要測量OM、OP和ON的距離。(2)采用題圖乙所示裝置時，利用水平距離相等，根據(jù)下落的高度可確定飛行時間，從而根據(jù)高度表示出對應的水平速度，故需測量BN、BP和BM的距離，故選項B正確；小球碰后做平拋運動，速度越快，下落高度越小，單獨一個小球下落時，落點為P，兩球相碰后，落點分別為M和N，根據(jù)動量守恒定律有mAvmAv1mBv2，而速度v，根據(jù)hgt2可得t，解得v，v1，v2，代入動量守恒表達式，消去公共項后，有，故選項C正確?！咀兪?】 如圖3，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球

5、在軌道水平部分碰撞前后的動量關系。圖3(1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通過僅測量_(填選項前的序號)，間接地解決這個問題。A.小球開始釋放的高度hB.小球拋出點距地面的高度HC.小球做平拋運動的水平位移(2)用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2。圖中O點是小球拋出點在水平地面上的垂直投影，實驗時，先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放；然后把被碰小球m2靜置于軌道水平部分的右側(cè)末端，再將入射小球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相撞，并重復多次，分別找到小球的平均落點M、P、N，并測量出平均水平位移OM、OP、ON。(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表

6、示為_用(2)中測量的量表示；若碰撞是彈性碰撞，那么還應該滿足的表達式為_用(2)中測量的量表示。答案(1)C(3)m1OPm1OMm2ONm1OP2m1OM2m2ON2解析(1)驗證動量守恒定律實驗中，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，根據(jù)平拋運動規(guī)律，若落地高度不變，則運動時間不變，因此可以用水平位移大小來體現(xiàn)速度大小，故需要測量水平位移，故A、B錯誤，C正確。(3)根據(jù)平拋運動規(guī)律可知，落地高度相同，則運動時間相同，設落地時間為t，則v0，v1，v2，而動量守恒的表達式是m1v0m1v1m2v2，若兩球相碰前后的動量守恒，則需要驗證表達

7、式m1OPm1OMm2ON即可；若為彈性碰撞，則碰撞前后系統(tǒng)動能相同，則有m1vm1vm2v，即滿足關系式m1OP2m1OM 2m2ON 2。命題點二實驗方案創(chuàng)新創(chuàng)新方案1利用氣墊導軌1.實驗器材：氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、彈簧片、膠布、撞針、橡皮泥等。2.實驗方法(1)測質(zhì)量：用天平測出兩滑塊的質(zhì)量。(2)安裝：按圖4安裝并調(diào)好實驗裝置。圖4(3)實驗：接通電源，利用光電計時器測出兩滑塊在各種情況下碰撞前、后的速度(例如：改變滑塊的質(zhì)量；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?！纠?】 (2020全國卷，23)某同學用如圖5所示的實驗裝置驗證動量定理，

8、所用器材包括：氣墊導軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實驗步驟如下：圖5(1)開動氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導軌，輕推滑塊，當滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個光電門的遮光時間_時，可認為氣墊導軌水平。(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2。(3)用細線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細線水平拉動滑塊。(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時間t1、t2及遮光片從A運動到B所用的時間t12。(5)在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為

9、滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I_，滑塊動量改變量的大小p_(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)。(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)是：d1.000 cm，m11.50102 kg，m20.400 kg，t13.900102 s，t21.270102 s，t121.50 s，取g9.80 m/s2。計算可得I_Ns，p_kgms1(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。(7)定義100%，本次實驗_%(保留1位有效數(shù)字)。答案(1)大約相等(5)m1gt12m2(6)0.2210.212(7)4解析(1)當氣墊導軌水平時，滑塊在導軌上做勻速運動，所以滑塊上的遮光片通過兩個光電門的遮光時間相等。(5)根據(jù)沖量的

10、定義可得Im1gt12；根據(jù)動量改變量的定義可得pm2m2m2。(6)代入數(shù)據(jù)得Im1gt121.501029.801.50 Ns0.221 Ns；pm20.4001.000102kgm/s0.212 kgm/s。(7)根據(jù)定義可得100%4%?！咀兪?】 如圖6甲所示為驗證動量守恒的實驗裝置，氣墊導軌置于水平桌面上，G1和G2為兩個光電門，A、B均為彈性滑塊，質(zhì)量分別為mA、mB，且選擇mA大于mB，兩遮光片沿運動方向的寬度均為d，實驗過程如下：圖6調(diào)節(jié)氣墊導軌成水平狀態(tài)；輕推滑塊A，測得A通過光電門G1的遮光時間為t1；A與B相碰后，B和A先后經(jīng)過光電門G2的遮光時間分別為t2和t3?；卮?/p>

11、下列問題：(1)用螺旋測微器測得遮光片寬度如圖乙所示，讀數(shù)為_ mm。(2)實驗中選擇mA大于mB的目的是：_。(3)碰前A的速度為_。(4)利用所測物理量的符號表示動量守恒成立的式子為：_。答案(1)1.195(1.1931.197均可)(2)保證碰撞后滑塊A不反彈(3)(4)解析(1)螺旋測微器的精確度為0.01 mm，轉(zhuǎn)動刻度的格數(shù)估讀一位，則遮光片寬度為d1 mm19.50.01 mm1.195 mm。(2)A和B發(fā)生彈性碰撞，若用質(zhì)量大的A碰撞質(zhì)量小的B，則不會發(fā)生反彈。(3)滑塊經(jīng)過光電門時擋住光的時間極短，則平均速度可近似替代滑塊的瞬時速度，則碰前A的速度vA。(4)碰后A的速度

12、vA，碰后B的速度vB；由系統(tǒng)動量守恒有mAvAmAvAmBvB，化簡可得表達式。創(chuàng)新方案2利用等長的懸線懸掛等大的小球1.實驗器材：兩個小球(大小相同，質(zhì)量不同)、懸線、天平、量角器等。2.實驗方法圖7(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量。(2)安裝：如圖7所示，把兩個等大的小球用等長的懸線懸掛起來。(3)實驗：質(zhì)量較小的小球靜止，將質(zhì)量較大的小球拉開一定角度釋放，兩小球相碰。(4)測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度。(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?！纠?】 如圖8所示是

13、用來驗證動量守恒的實驗裝置，彈性球1用細線懸掛于O點，O點下方桌子的邊緣有一豎直立柱。實驗時，調(diào)節(jié)懸點，使彈性球1靜止時恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高。將球1拉到A點，并使之靜止，同時把球2放在立柱上。釋放球1，當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞，碰后球1向左最遠可擺到B點，球2落到水平地面上的C點。測出有關數(shù)據(jù)即可驗證1、2兩球碰撞時動量守恒。現(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平桌面的距離為b、C點與桌子邊沿間的水平距離為c，彈性球1、2的質(zhì)量分別為m1、m2。圖8(1)還需要測量的量是_和_。(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，該實驗中動量守恒的表達式為_(忽略小球的大小)。答案(1)立柱高h桌面離水平地面的高度H(2)2m12m1m2解析(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度a和b，由機械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要測量彈性球1的質(zhì)量m1，就能求出彈性球1的動量變化；根據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測量彈性球2的質(zhì)量m2和立柱高h、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動量變化。(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出驗證動量守恒的