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)通用版

实验八　验证动量守恒定律 教材原型实验　 　实验原理与操作 [典例1]　(2023·北京东城区高三模拟)某同学用图甲所示的装置来验证动量守恒定律，A、B为半径相同的小球(mA>mB)，图中PQ是斜槽，QR为水平槽。实验时先使A球从斜槽上某一位置G由静止释放，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作多次，得到多个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止释放。两球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，重复这种操作多次。图甲中O点是水平槽末端R在记录纸上的竖直投影点。B球落点痕迹如图乙所示，图中米尺的零刻度线与O点对齐(未画出)。 甲　　　　　　　　　　乙 (1)碰撞后B球的水平射程应为________ cm。 (2)(多选)以下选项中，本次实验必须进行测量的是________(填选项前的字母)。 A．测量A球未与B球相碰时的平均落点到O点的距离 B．测量A球与B球相碰后的平均落点到O点的距离 C．测量A球和B球的直径 D．测量A球和B球的质量 E．测量水平槽面相对于O点的高度 [解析]　(1)如题图所示，用尽可能小的圆把小球落点圈在里面，由此可见圆心的位置是65.7 cm，即碰撞后B球的水平射程应为65.7 cm(65.6～65.8 cm都可以)。 (2)本实验需要验证的方程是：mA＝mA＋mB，(其中的K、N、M分别是A球未与B球碰撞时的平均落地点、A球与B球相碰后A球的平均落地点以及A球与B球相碰后B球的平均落地点)，则需要测量两球的质量mA、mB，水平槽上未放B球时，测量A球平均落点位置到O点的距离。A球与B球碰撞后，测量两球落点位置到O点的平均距离和 。故A、B、D正确，C、E错误。 [答案]　(1)65.7(±0.1)　(2)ABD 　数据处理与分析 [典例2]　(2023·山东东营高三检测)如图是用气垫导轨验证动量守恒定律的实验装置，滑块1的质量m1＝0.20 kg，滑块2的右端面固定一小块橡皮泥，其总质量m2＝0.10 kg 。两滑块上均装有宽度d＝0.50 cm 的遮光条，在两滑块间合适位置装有光电门1，在滑块2左侧适当位置装有光电门2。将滑块1置于导轨右端，然后用橡皮锤水平敲击滑块1，滑块1经过光电门1，光电计时器显示的时间为0.050 s，滑块1与滑块2碰撞后粘在一起，碰撞后滑块2与滑块1先后经过光电门2，光电计时器先后显示的时间分别为0.068 s和0.065 s。请回答下列问题： (1)对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞前系统的总动量为________ kg·m/s，碰撞后系统的总动量为________ kg·m/s。(计算结果均保留两位有效数字) (2)由(1)中计算结果可以看出，碰撞前后系统的总动量并不完全相等，你认为产生这一差异的原因是________。 [解析]　(1)滑块1通过光电门1的速度为 v1＝＝ m/s＝0.10 m/s， 对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞前系统的总动量为 p＝m1v1＝0.20×0.10 kg·m/s＝0.020 kg·m/s。 滑块1与静止的滑块2碰撞后黏合在一起，通过光电门2的速度为 v2＝＝ m/s≈0.075 m/s 对于滑块1与滑块2组成的系统，碰撞后系统的总动量为 p′＝(m1＋m2)v2＝(0.20＋0.10)×0.075 kg·m/s＝0.023 kg·m/s。 (2)根据题意可知，碰撞后滑块2与滑块1做加速直线运动，气垫导轨右端高，所以碰撞前后系统的总动量并不完全相等的原因是导轨不水平，右端高。 [答案]　(1)0.020　0.023　(2)导轨不水平，右端高 拓展创新实验　 　实验器材创新 [典例3]　现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。 (a) 实验测得滑块A的质量m1＝0.310 kg，滑块B的质量m2＝0.108 kg，遮光片的宽度d＝1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0 Hz。 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示 (b) 若实验允许的相对误差绝对值 最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。 [解析]　按定义，滑块运动的瞬时速度大小为 v＝ ① 式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程。 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则 ΔtA＝＝0.02 s ② ΔtA可视为很短。 设A在碰撞前、后瞬时速