实验七 验证动量守恒定律-2021年高考物理必考实验专题突破

实验七　验证动量守恒定律（原卷版） 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',找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2',看碰撞前后动量是否守恒。 2.实验器材 　　方案一　气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。 方案二　带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。 方案三　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。 方案四　斜槽、大小相等而质量不同的小球两个、重垂线一条、白纸、复写纸、天平、刻度尺、圆规、三角板等。 3.实验步骤 　　方案一　利用气垫导轨完成一维碰撞实验 (1)测质量:用天平测出滑块质量。 (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在各种情况下碰撞前后的速度(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。 方案二　利用等长摆球完成一维碰撞实验 (1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。 (2)安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。 (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。 方案三　在光滑长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 (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,连在小车的非碰撞端,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,如图所示。 (3)实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两小车连接成一体运动。 (4)测速度:通过纸带算出速度。 (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。 方案四　利用斜槽滚球验证动量守恒定律 (1)先用天平测出小球质量m1、m2。 (2)按图示安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端切线水平,把被碰小球放在斜槽的末端,调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度。且碰撞瞬间,入射小球与被碰小球的球心连线与轨道末端的切线平行,以确保正碰后两小球的速度方向水平。 (3)在地面上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸。 (4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球碰前的位置。 (5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心就是入射小球无碰撞时的落地点P。 (6)把被碰小球放在轨道末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,按照步骤(5)的方法找出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。 (7)过O、N在纸上作一直线,用刻度尺量出线段OP、OM、ON的长度,把两小球的质量和相应位置的数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看是否成立。 (8)整理实验器材放回原处。 4.数据分析 　　方案一　(1)滑块速度的测量:v=,式中Δx为滑块上挡光片的宽度(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)验证的表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。 方案二　(1)摆球速度的测量:v=,式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度,h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)。 (2)验证的表达式:m1v1=m1v1'+m2v2'。 方案三　(1)小车速度的测量:v=,式中Δx是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,Δt为小车经过Δx的时间,可由打点间隔算出。 (2)验证的表达式:m1v1=(m1+m2)v'。 方案四　验证表达式:m1·=m1·+m2·。 实验结论:在实验误差允许的范围内,碰撞系统的动量守恒。 5.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)两小球必须大小相同,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。 【典例1】(2019·广西钦州市4月综测)如图甲，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． (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