备战2024年高考物理一轮重难点复习讲义 实验07+ 验证动量守恒定律【全攻略】

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方案一
1．实验思路及基本操作
(1)装置图与思路
①两个滑块碰撞前沿同一条直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动．
②物理量的测量：测量质量、速度．
(2)操作要领
①用天平测量两滑块质量m1、m2.
②调整导轨使之处于水平状态，并使光电计时器系统正常工作．
③记录光电门挡光片的宽度Δx以及光电计时器显示的挡光时间Δt.
2．数据处理及分析
(1)滑块速度的测量
v＝，式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．
(2)在实验误差允许的范围内验证表达式m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2是否成立．
方案二
1．装置图与思路
①让入射球A从同一位置C释放
②测出不发生碰撞时球A飞出的水平距离lOP，
③再测出球A、B碰撞后分别飞出的水平距离lOM、lON.
(2)操作要领
①用天平测出两球的质量．
②斜槽末端切线必须沿水平方向．
③入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放．
④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.
⑤用小球平抛的水平位移替代速度，用刻度尺量出O到所找圆心的距离．
⑥改变C点位置：重复上述实验．
2．数据处理及分析
(1)碰撞找点：把被碰小球B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A落点的平均位置P、M和被碰小球B落点的平均位置N.如图1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．
知识一：教材原型实验
【例1】某同学用如图所示的实验装置来研究动量守恒定律，光电门1、2固定在气垫导轨上，质量分别为和m（含遮光片）的两滑块A、B从光电门1、2的外侧匀速相向运动，在两个光电门之间某位置发生碰撞并粘在一起继续运动，运动到气垫导轨一端时立刻被锁定。
（1）在调节装置时，启动充气机，在气垫导轨上轻推一个滑块，要求滑块通过两光电门时的挡光时间相等，其目的是 。
（2）实验中光电门1记录挡光时间为，光电门2记录三次挡光时间均为，遮光片的宽度均为d。如果同学得到 表达式（用题中已知的物理量表示），就说明滑块A、B碰撞过程中动量守恒。
【例2】某同学用两小球的碰撞验证动量守恒定律，所用装置如图所示。
（1）实验中需要注意的事项，下列说法不正确的是 。
A．入射小球质量要大于被碰小球的质量，且半径相等
B．需要测出小球抛出点距地面的高度H
C．斜槽轨道末端应该保持水平，不用尽可能光滑
D．为完成此实验，天平和刻度尺是必需的测量工具
（2）放置被碰小球前、后，入射小球的落点位置分别为图中的 和 。
（3）需要测出每次实验过程小球做平抛运动的水平射程，分别记为、、
若得到关系式 成立，则可证明在误差充许的范围内可验证碰撞中的动量守恒；若关系式 成立，说明两小球发生了弹性碰撞。（均用、、、、来表示）
知识二：创新型实验
【例1】实验小组采用如图所示的装置进行了弹性碰撞的实验验证。
a.在木板表面先后钉上白纸和复印纸，并将木板紧贴槽口竖直放置，使小球A从斜槽轨道上某固定点C由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；
b.将木板向右平移适当的距离固定，再使小球A从原固定点C由静止释放，撞到木板上留下痕迹；
c.把半径相同的小球B（质量小于小球A）静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球A仍从原固定点C由静止释放，与小球B相碰后，两球撞在木板上留下痕迹；
d.M、P、N三点为球撞到木板上留下的痕迹，用刻度尺测量纸上O点到M、P、N三点的距离分别为。
已知放小球B之前，小球A落在图中的P点，则小球A和B发生碰撞后，球A的落点是图中的 点，球B的落点是图中的 点。若两球发生的是弹性碰撞，应满足的表达式为 。
【例2】某同学利用如图装置验证碰撞中的动量守恒定律，装置中桌面水平，一端固定了一弹簧枪，斜面紧贴桌面，且斜面的最高点恰好与桌面相平，该同学选了两个体积相同的钢质小球，实验步骤如下：
①用天平测出两小球的质量分别为m1和m2；
②先不放小球m2，把小球m1装入固定好的弹簧枪后释放，记下小球在斜面上的落点位置，小球每次放入弹簧枪中弹簧的压缩量均相同；
③将小球m2放在斜面最高点处，把小球m1装入固定好的弹簧枪后释放，使它们发生碰撞，分别记下小球m1和m2在斜面上的落点位置，小球碰撞视为弹性碰撞；
④用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜面最高点的距离，图中A、B、C点是该同学记下小球在斜面的落点位置，到斜面最高点的距离分别为x1、x2、x3。
（1）选择的水平桌面是否需要一定光滑， （选填“是”或“否”），所选小球的质量关系是：m1要 （选填“大于”“小于”或“等于”）m2；
（2）实验中若满足关系式 （用实验中已经测得的量表示），说明该碰撞过程满足动量守恒定律。
（3）从实验结果看动量守恒的等式可能是近似等于，请你指出一条近似等于的理由 。
一、实验题
1．如图1，某同学利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块B的质量（包括遮光条）分别为m1和m2。实验中弹射装置每次给A的初速度均相同，B初始处于静止状态。A的遮光条两次通过光电门1的挡光时间分别为Δt1、Δt3，B的遮光条通过光电门2的挡光时间为Δt2。
（1）打开气泵，先取走滑块B，待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出，测得光电门1的挡光时间小于光电门2的挡光时间，为使导轨水平，可调节左侧底座旋钮，使轨道左端 （填“升高”或“降低”）一些。
（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d如图2所示，其读数为 mm；
（3）经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同，则验证动量守恒的表达式为： （用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示）；
（4）本实验的系统误差与下列哪些因素有关 。（填正确答案标号）
A．气垫导轨没有调成水平状态
B．遮光条宽度不够窄
C．测量滑块质量时未计入遮光条质量
2．碰撞的恢复系数的定义为，其中v01和v02分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度。弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的emB
B．为了防止小球打坏木板，应选择质量小、体积大的软质小球，实验两球质量满足mA