实验八　验证动量守恒定律 课件 2027届高考物理一轮复习

这是一份实验八　验证动量守恒定律 课件 2027届高考物理一轮复习，共71页。PPT课件主要包含了实验知识储备，考点1教材原型实验，考点2拓展创新实验，见解析，随堂达标检测，时间相等等内容，欢迎下载使用。
课程标准　1.理解动量守恒定律成立的条件,会利用不同方案验证动量守恒定律。2.知道在不同实验方案中要测量的物理量,会进行数据处理及误差分析。
一、实验原理　在一维碰撞中,测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1'、v2',算出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',比较碰撞前、后动量是否相等。二、实验方案及实验过程 方案一:研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1.实验器材气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个)、弹簧、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。2.实验过程(1)测质量:用天平测出滑块的质量。(2)安装:正确安装好气垫导轨,如图所示。
(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后的速度。(4)改变条件,重复实验:①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向。(5)验证:一维碰撞中的动量守恒。
2.实验过程(1)测质量: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)安装:按照如图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。
(3)铺纸:白纸在下,复写纸在上,且在适当位置铺放好。记下铅垂线所指的位置O。(4)放球找点:不放被撞小球,每次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的所有落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置,如图乙所示。
(5)碰撞找点:把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度[同步骤(4)中的高度]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)验证: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·OP=m1·OM+m2·ON,计算并判断在误差允许的范围内等式是否成立。(7)整理:将实验器材放回原处。
3.数据处理验证的表达式:m1·OP=m1·OM+m2·ON。三、注意事项1.前提条件:碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.方案提醒(1)若利用气垫导轨进行验证,调整气垫导轨时,应确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证: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。
(2022·全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞,碰撞时间极短,比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2,进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。请完成下列填空。
(1)调节导轨水平。(2)测得两滑块的质量分别为0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反,应选取质量为　　　kg的滑块作为A。 (3)调节B的位置,使得A与B接触时,A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动,并与B碰撞,分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。
(5)将B放回到碰撞前的位置,改变A的初速度大小,重复步骤(4)。多次测量的结果如表所示。
(2024·北京卷)如图甲所示,让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。
(1)关于本实验,下列做法正确的是　　　。 A.实验前,调节装置,使斜槽末端水平B.选用两个半径不同的小球进行实验C.用质量大的小球碰撞质量小的小球
(2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影,首先,将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放,小球落到复写纸上,重复多次。然后,把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端,再将质量为m1的小球从S位置由静止释放,两球相碰,重复多次。分别确定平均落点,记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点)。
a.图乙为实验的落点记录,简要说明如何确定平均落点_____________________________________________________________________________;  b.分别测出O点到平均落点的距离,记为OP、OM和ON。在误差允许范围内,若关系式　　　　　　　　　成立,即可验证碰撞前后动量守恒。 
用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点
m1OP=m1OM+m2ON
(3)受上述实验的启发,某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示,用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O'点,两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放,在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A',小球2向右摆动至最高点D。测得小球1和小球2的质量分别为m和M,弦长AB=l1、A'B=l2、CD=l3。推导说明,m、M、l1、l2、l3满足　　　　　　　关系即可验证碰撞前后动量守恒。 
ml1=-ml2+Ml3
[解析]　(1)实验中若使小球碰撞前、后的水平位移与其碰撞前、后的速度成正比,需要确保小球做平抛运动,即实验前,调节装置,使斜槽末端水平,故A正确;为使两小球发生的碰撞为对心正碰,两小球半径需相同,故B错误;为使碰后入射小球与被碰小球同时飞出,需要用质量大的小球碰撞质量小的小球,故C正确。(2)a.用圆规画圆,尽可能用最小的圆把各个落点圈住,这个圆的圆心位置代表平均落点。
(2026·浙江模拟)实验小组用如图1所示装置来验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒。A、B为两个直径相同的小球,质量分别为m1、m2,且m1>m2。实验时,接球板水平放置,让入射球A多次从斜轨上 E点由静止释放,平均落点为P1;再把被碰小球B静放在水平轨道末端,再将入射小球A从斜轨上某一位置静止释放,与小球B相撞,并多次重复,分别记录两个小球碰后的平均落点M1、N1。
(1)关于该实验的要求,下列说法正确的是　　　。 A.斜槽末端必须是水平的B.斜槽轨道必须是光滑的C.必须测出斜槽末端的高度D.放上小球B后,A球必须仍从E点释放
(2)图2中,仅改变接球板的放置,把接球板竖放在斜槽末端的右侧,O点为碰前B球球心在接球板上的投影点。使小球A仍从斜槽上E点由静止释放,重复上述操作,在接球板上得到三个落点M2、P2、N2, 测出OM2、OP2、ON2长度分别为y1、y2、y3, 若两球碰撞时动量守恒, 则满足的表达式为_____________(用题中给定的物理量表示)。 
(3)如图3所示。再一次仅改变接球板的放置,让接球板的一端紧靠在斜槽末端,使小球A仍从斜槽上 E点由静止释放,重复第一次实验操作,在接球板上得到三个落点 M3、P3、N3,其中O点为斜槽末端与接球板的接触点,测出OM3、OP3、ON3长度分别为l1、l2、l3,若两球碰撞时动量守恒,则满足的表达式为　 (用题中给定的物理量表示)。 
(2023·辽宁卷)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律,设计了如下实验:用纸板搭建如图所示的滑道,使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上,其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。
测量硬币的质量,得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币甲放置在斜面上某一位置,标记此位置为B。由静止释放甲,当甲停在水平面上某处时,测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处,左侧与O点重合,将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后,分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变,重复实验若干次,得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。
1.(2025·广东卷)请完成下列实验操作和计算。(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中,用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图甲所示,读数为　　 　mm。 
8.260(8.258~8.262均可)
(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能,装置如图乙所示,图中轨道由轨道甲和乙平滑拼接而成,且轨道乙倾角较大。
①选取相同的两辆小车,分别安装宽度为1.00 cm的遮光条。②轨道调节。调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高,将小车在轨道乙上释放,若测得小车通过光电门A和B的　　　 　,证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。 ③碰撞测试。先将小车1静置于光电门A和B中间,再将小车2在M点由静止释放,测得小车2通过光电门A的时间为t2,碰撞后小车1通过光电门B的时间为t1。若t2　　 　t1,可将两小车的碰撞视为弹性碰撞。 
=(填“等于”也可得分)
④吸能材料性能测试。将吸能材料紧贴于小车2的前端,重复步骤③。测得小车2通过光电门A的时间为10.00 ms,两车碰撞后,依次测得小车1和2通过光电门B的时间分别为15.00 ms、30.00 ms,不计吸能材料的质量,计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2动能的比值为　　 　(结果保留两位有效数字)。 
解析:(1)由螺旋测微器的读数规则可知,小球的直径为d=8 mm+26.0×0.01 mm=8.260 mm。(2)②若已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力,则小车在轨道甲上做匀速直线运动,所以小车通过光电门A和光电门B的时间相等。③若两小车的碰撞为弹性碰撞,由于两小车相同,所以发生弹性碰撞后两小车交换速度,则碰撞后小车2静止,小车1以与小车2碰撞前瞬间相同的速度做匀速直线运动,可知t2=t1。
2.(2024·新课标卷)某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律。将斜槽轨道固定在水平桌面上,轨道末段水平,右侧端点在水平木板上的垂直投影为O,木板上叠放着白纸和复写纸。实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放,a从轨道右端水平飞出后落在木板上;重复多次,测出落点的平均位置P与O点的距离x,将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点,再将小球a从Q处由静止释放,两球碰撞后均落在木板上;重复多次,分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN。
完成下列填空:(1)记a、b两球的质量分别为ma、mb,实验中须满足条件ma　　　(选填“>”或“