第6章 实验8 验证动量守恒定律(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)江苏专用

　验证动量守恒定律 (对应学生用书第158页) 教材原型实验　 (对应学生用书第159页) 　实验原理与操作 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实验，调整气垫导轨时，注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用长木板进行实验，可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力。 (3)若利用斜槽小球碰撞应注意：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。 3．探究结论 寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变。 [题组训练] 1．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种装置： 　　　　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　　乙 (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)若采用图乙所示装置进行实验，以下所提供的测量工具中一定需要的是 __________。 A．直尺　 B．游标卡尺　 C．天平 D．弹簧测力计　　E．秒表 (3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲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”的结论为______________________(用装置图中的字母表示)。 [解析]　(1)为防止反弹造成入射小球返回斜槽，要求入射小球质量大于被碰小球质量，即m1>m2；为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞，要求两小球半径相同。故C正确。 (2)设入射小球为a，被碰小球为b，a球碰前的速度为v1，a、b相碰后的速度分别为v1′、v2′。由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时，可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度。因此，需验证的动量守恒关系m1v1＝m1v1′＋m2v2′可表示为m1x1＝m1x1′＋m2x2′。所以需要直尺、天平，而无需弹簧测力计、秒表。由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无需游标卡尺。 (3)得出验证动量守恒定律的结论应为 m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N。 [答案]　(1)C　(2)AC (3)m1·OP＝m1·OM＋m2·O′N 2.气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。现用带竖直挡板C、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量，实验装置如图所示。 采用的实验步骤如下： a．用天平分别测出A、B的质量mA、mB； b．调整气垫导轨，使导轨处于水平； c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上； d．用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1； e．按下电钮放开卡销，同时分别记录A、B运动时间的计时器开始工作，当A、B分别碰撞C、D时计时结束，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。 (1)实验中还应测量的物理量及其符号是________________________。 (2)作用前A、B质量与速度乘积之和为________；作用后A、B质量与速度乘积之和为___________________________________________________。 (3)作用前、后A、B质量与速度乘积之和并不完全相等，产生误差的原因有 __________________________________________________(至少答出两点)。 [解析]　A、B被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离L1、B与D的距离L2及A到达C、B到达D的时间t1和t2，测出A、B的质量，就可以探究碰撞中的不变量。 (1)由上述分析可知，实验中还应测量的物理量为：B的右端至D的距离L2。 (2)设向左为正方向，根据所测数据求得A、B的速度分别为vA＝，vB＝－，碰前A、B静止，即v＝0，质量与速度乘积之和为0，碰后A、B的质量与速度乘积之和为mAvA＋mBvB＝mA－mB；若设向右为正方向，同理可得碰后A、B的质量与速度乘积之和为mB－mA。 (3)产生误差的原因：①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差；②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；③滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；④气垫导轨可能不完全水平。 [答案]　(1)B的右端至D的距离L2　(2)0 mA－mB　(3)见解析 3．(2022·徐州模拟)某同学设计了一个用电磁打点