必考点21 实验：验证动量守恒定律-【对点变式题】2021-2022学年高一物理下学期期中期末必考题精准练（人教版2019）

必考点21 验证动量守恒定律 【解题技巧提炼】 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′，看碰撞前、后动量是否相等． 二、实验方案及实验过程 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、数字计时器、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． 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． 3．数据处理 (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：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 1．实验器材 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥． 2．实验过程 (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，连在小车的后面，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，把两小车连接成一个整体运动．通过纸带上两计数点间的距离及时间，算出速度． (4)改变条件：改变碰撞条件，重复实验． (5)验证：一维碰撞中的动量守恒． 3．数据处理 (1)小车速度的测量：v＝，式中Δx是纸带上相邻两计数点间的距离，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＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′. 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 1．实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等． 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(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，看在误差允许的范围内是否成立． (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)若利用两小车相碰进行验证，要注意补偿阻力． (3)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． 题型一 教材原型实验 例题1 (2020·云南曲靖一中高三月考)用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片． (1)实验前需要调节气垫导轨水平，借助光电门来检验气垫导轨是否水平的方法是________________． (2)为了研究两滑块所组成的系统在弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下的动量关系，实验分两次进行． 第一次：将滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt1，A与B碰撞后又分开，滑块A再次通过光电门1的时间为Δt2，滑块B通过光电门2的时间为Δt3. 第二次：在两弹性碰撞架的前端贴上双面胶，同样让滑块A置于光电门1的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置．给A一个向右的初速度，通过光电门1的时间为Δt4，A与B碰撞后粘连在一起，滑块B通过光电门2的时间为Δt5. 为完成该实验，还必须测量的物理量有________(填选项前的字母)． A．挡光片