专题06 验证动量守恒定律—备战2022年高考物理实验专题强化训练

专题06 验证动量守恒定律 知识点一、实验方案 方案一、利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1.实验器材：气垫导轨、光电计时器、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等 2.实验步骤 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。 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（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 3.数据处理： ①滑块速度的测量：，中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： ③本方案优点：气垫导轨阻力很小，光电门计时准确，能够准确地验证动量守恒定律 方案二：利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 1.实验器材：斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等 2.实验步骤： 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：按照图甲所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽底端水平. ③铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重锤线所指的位置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所有的小球落点圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置. 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，看在误差允许的范围内是否成立. ⑦结束：整理好实验器材放回原处 3.数据处理 验证的表达式： 知识点二、注意的事项 1.前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” 2.若利用“气垫导轨”完成实验，调整气垫导轨时，注意利用水平确保导轨水平 若利用“斜槽”完成实验，斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次必须从斜槽同一高度由静止释放. 知识点三、误差分析 1.系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： ①碰撞是否为一维碰撞. ②实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，且尽量满足动量守恒条件。 2.偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量 3.改进措施： ①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件 ②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差 题型一：对实验操作的考查 如图2，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。 ①试验中，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．小球开始释放高度 B．小球抛出点距地面得高度 C．小球做平抛运动的射程 ②图2中点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。 接下来要完成的必要步骤是 。（填选项前的符号） A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球m1开始释放高度h C．测量抛出点距地面的高度H D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、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。那么还应满足的表达式为　　　　　　　　（用②中测量的量表示）。 ④经测定，m1=45.0g，m2=7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图3所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′= ∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′,则p1′∶p2′=11∶____。 实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值为________。 ⑤有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被撞小球做平抛运动的射程增大。请你用④中已知的数据，分析和计算出被撞小球m2平抛运动射程ON的最大值为____cm。 答：（1）①S； ③T；0刻线； ④ADC （2）①C； ②ADE或DEA或DAE ③ ； ④14；2.9；1~1.01； ⑤76.8 【解析】①由于本实验的碰撞是在同一高度，在空中运动时间相同，因而根据小球做平抛运动的射程就可知道碰撞后速度的大小之比，所以选C。 ②本实验必须用天平测量两个小球的质量ml、m2，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N和测量平抛射程OM，ON，故选ADE。