专题09 验证动量守恒定律-2023年高考物理实验题专项突破

专题09 验证动量守恒定律 方案一：利用气垫导轨验证一维碰撞中的动量守恒 ［实验器材］ 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。 ［实验步骤］ 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。 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。 ［数据处理］ 1.滑块速度的测量：，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为光电计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2.验证的表达式：。 方案二：利用摆球验证一维碰撞中的动量守恒 ［数据处理］ 1.摆球速度的测量：，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：。 方案三：利用光滑桌面上两小车相碰验证一维碰撞中的动量守恒 ［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。 ［实验步骤］ 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。 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。 4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由算出速度。 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。 ［数据处理］ 1.小车速度的测量：，式中△x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：。 三种方案的误差分析： 1.系统误差：主要来源于装置本身(是否符合要求)。 (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，两球是否等大，用长木板实验时是否平衡掉摩擦力。 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得方法减小偶然误差。 典例1：（2022·浙江·高考真题）“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示，阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B，给小车A一定速度去碰撞静止的小车B，小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。 ①实验应进行的操作有_______。 A．测量滑轨的长度 B．测量小车的长度和高度 C．碰撞前将滑轨调成水平 ②下表是某次实验时测得的数据： A的质量/kg B的质量/kg 碰撞前A的速度大小/（） 碰撞后A的速度大小/（） 碰撞后B的速度大小/（） 0.200 0.300 1.010 0.200 0.800 由表中数据可知，碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是_______kg·m/s。（结果保留3位有效数字） 典例2：（2022·重庆·高考真题）如图为某小组探究两滑块碰撞前后的动量变化规律所用的实验装置示意图。带刻度尺的气垫导轨右支点固定，左支点高度可调，装置上方固定一具有计时功能的摄像机。 （1）要测量滑块的动量，除了前述实验器材外，还必需的实验器材是___________。 （2）为减小重力对实验的影响，开动气泵后，调节气垫导轨的左支点，使轻推后的滑块能在气垫导轨上近似做___________运动。 （3）测得滑块B的质量为，两滑块碰撞前后位置x随时间t的变化图像如图所示，其中①为滑块B碰前的图线。取滑块A碰前的运动方向为正方向，由图中数据可得滑块B碰前的动量为___________（保留2位有效数字），滑块A碰后的图线为___________（选填“②”“③”“④”）。 1．（2022·辽宁鞍山·二模）如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个半径相同的小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。 （1）为完成此实验，以下提供的测量工具中，本实验必须使用的是___________。（选填选项前的字母） A．秒表 B．天平 C．刻度尺 D．打点计时器 （2）关于本实验，下列说法中正确的是 ___________。（选填选项前的字母） A．轨道末端必须水平 B．轨道倾斜部分必须光滑 C．入射小球的质量小于被碰小球的质量 D．同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放 （3）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射小球多次从斜轨上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP，然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜轨上位置S中静止释放，与被碰小球相碰，并多次重复该操作，两小