第六章 实验七 验证动量守恒定律-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（老教材，人教版）

实验七　验证动量守恒定律 ◆实验目的 　验证动量守恒定律． ◆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． ◆实验器材 ◆实验过程 [方案一]　利用气垫导轨完成一维碰撞实验 [方案二]　利用光滑长木板完成一维碰撞实验 [方案三]　利用等长摆球完成一维碰撞实验 [方案四]　利用斜槽滚球验证动量守恒定律 ◆ 数据处理 [方案一]　利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1．滑块速度的测量：v＝，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]　利用光滑长木板完成一维碰撞实验 1．小车速度的测量：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v＝计算． 2．验证的表达式：m1v1＝(m1＋m2)v2. [方案三]　利用等长摆球完成一维碰撞实验 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可由摆角和摆长计算出． 2．验证的表达式：m1v1＝m1v1′＋m2v2′. [方案四]　利用斜槽滚球验证动量守恒定律 1．小球水平射程的测量：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度． 2．验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON. ◆ 误差分析 1．系统误差：主要来源于实验器材及实验操作等． (1)碰撞是否为一维． (2)气垫导轨是否完全水平，摆球受到空气阻力，小车受到长木板的摩擦力，入射小球的释放高度存在差异． 2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量． ◆ 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，给滑块的初速度应沿着导轨的方向． (2)若利用摆球进行验证，实验前两摆球应刚好接触且球心在同一水平线上，将摆球拉起后，两摆线应在同一竖直面内． (3)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力． (4)若利用平抛运动规律进行验证，安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端切线水平，且选质量较大的小球为入射小球． 热点一　实验原理与操作的考查 [典题例析] [典例1]　(2023·和平区模拟)在“验证动量守恒定律”的实验中，一般采用如图所示的装置： (1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则　________　. A．m1＞m2，r1＞r2 B．m1＞m2，r1＜r2 C．m1＞m2，r1＝r2 D．m1＜m2，r1＝r2 (2)以下所提供的测量工具中必需的是　________　. A．刻度尺 B．游标卡尺 C．天平 D．弹簧测力计 E．秒表 (3)在做实验时，对实验要求，以下说法正确的是　________　. A．斜槽轨道必须是光滑的 B．斜槽轨道末端的切线是水平的 C．入射球每次都要从同一高度由静止滚下 D．释放点越高，两球碰后水平位移越大，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确 (4)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用如图所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的表达式为　____________　.(用装置图中的字母表示) [审题指导]　(1)命题立意：本题意在考查验证动量守恒定律的实验原理与操作． (2)解题关键： ①入射小球与被碰小球应发生正碰，且碰撞后两球均做平抛运动． ②两小球平抛落地时间相同，平抛的水平位移由平抛初速度决定． [解析]　(1)在小球碰撞过程中水平方向动量守恒，则有m1v0＝m1v1＋m2v2，在碰撞过程中动能不增加，则有m1v≥m1v＋m2v，解得v1≥v0，要碰后入射小球的速度v1＞0，则m1－m2＞0，即m1＞m2，为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，r1＝r2，故C正确． (2)P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球的位置，N为碰后被碰小球的位置，碰撞前入射小球的速度v1＝，碰撞后入射小球的速度v2＝，碰撞后被碰小球的速度v3＝，若m1v1＝m2v3＋m1v2则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，整理得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，因此需要的测量工具有刻度尺和天平，故A、C正确． (3)验证动量守恒定律实验，必须保证斜槽轨道末端切线水平，斜槽轨道不必要光滑，故A错误，B正确；为保证球的初速度相等，入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确；释放点越高，水平位移越大，位移测量的相对误差就越小，故D正确． (4)根据(2)的解答可知，表达式为m1·OP＝m1·OM＋m2·ON. [答案]　(1)C　(2)A