第六章 实验八 验证动量守恒定律（题库）-2023高考物理【步步高】大一轮复习讲义（新教材 教师word）津鲁琼辽鄂粤冀渝湘闽晋皖黑吉云

实验八　验证动量守恒定律 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′，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。 2.实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规、重垂线。 3.实验步骤 (1)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)按照如图1甲所示安装实验器材。调整、固定斜槽使斜槽底端水平。 图1 (3)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。 (4)不放被碰小球，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小球所有的落点都圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。 (5)把被碰小球放在斜槽末端，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和被碰小球落点的平均位置N，如图乙所示。 (6)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·＝m1·＋m2·__，看在误差允许的范围内是否成立。 (7)整理好实验器材，放回原处。 (8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒。 1.数据处理 验证表达式：m1·＝m1·＋m2·。 2.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)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。 命题点一　教材原型实验 【例1】 (2020·广西钦州市4月综测)如图2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。 ,图2) (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)若采用图乙所示的装置，下列说法正确的是________。 A.必需测量BN、BP和BM的距离 B.必需测量B′N、B′P和B′M的距离 C.若＝＋，则表明此碰撞动量守恒 D.若＝＋，则表明此碰撞动量守恒 答案　(1)OM、OP和ON的距离　(2)BC 解析　(1)如果采用题图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代替速度进行验证，故需要测量OM、OP和ON的距离。 (2)采用题图乙所示装置时，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度表示出对应的水平速度，故需测量B′N、B′P和B′M的距离，故选项B正确；小球碰后做平抛运动，速度越快，下落高度越小，单独一个小球下落时，落点为P，两球相碰后，落点分别为M和N，根据动量守恒定律有mAv＝mAv1＋mBv2，而速度v＝，根据h＝gt2可得t＝，解得v＝，v1＝，v2＝，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有＝＋，故选项C正确。 【变式1】 如图3，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。 图3 (1)实验中，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.小球开始释放的高度h B.小球抛出点距地面的高度H C.小球做平抛运动的水平位移 (2)用天平测量两个小球的质量m1、m2。图中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射小球m1多次从斜轨上S位置静止释放；然后把被碰小球m2静置于轨道水平部分的右侧末端，再将入射小球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相撞，并重复多次，分别找到小球的平均落点M、P、N，并测量出平均水平位移OM、OP、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，那么还应该满足的表达式为________________________[用(2)中测量的量表示]。 答案　(1)C　(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2 解析　(1)验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平位移大小来体现速度大小，故需要测量水平位移，故A、B错误，C正确。 (3)根据平抛运动规律可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则v0＝，v1＝，v2＝，而动量守恒的表达式是m1