6.5实验：验证动量守恒定律-【桂冠物理】2024高三物理一轮复习题型归纳技巧点拨（新高考专用）

第六章　碰撞与动量守恒定律 6.5实验：验证动量守恒定律 【考点预测】 1. 验证动量守恒定律目的、原理、器材 2. 验证动量守恒定律实验步骤和数据处理 3. 验证动量守恒定律注意事项和误差分析 【方法技巧与总结】 一、实验目的 验证一维碰撞中的动量守恒定律。 二、实验原理 在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，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。 三、实验器材 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 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。 方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等。 四、实验过程 方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验 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，如图所示。 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。 方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 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，如图所示。 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v＝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。 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 1．测质量：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．安装：安装实验装置，如图所示。调整固定斜槽使斜槽底端水平。 3．铺纸：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．放球找点：不放被撞小球，每次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所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。 5．碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次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和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。 6．验证：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·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。 7．整理：将实验器材放回原处。 五、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：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验 1．小车速度的测量：v＝，式中Δx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：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验 验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。 六、误差分析 1．系统误差：主要来源于装置本身。 (1)碰撞不是一维。 (2)实验不满足动量守恒的条件，如气垫导轨不水平，用长木板实验时没有平衡摩擦力，两球不等大。 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。 七、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，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。 (2)若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。 (3)若利用平抛运动规律进行验证： 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变。 【题型归纳目录】 题型一：碰撞后结合平抛运动的一维碰撞——落到水平面上 题型二：碰撞后结合平抛运动的一维碰撞——落到竖直挡板上或斜面上 题型三：利用频闪照相和气垫导轨验证动量守恒定律 题型四：利用光电门和气垫导轨验证动量守恒定律 【题型一】碰撞后结合平抛运动的一维碰撞——落到水平面上 【典型例题】 例1．（2023·黑龙江大庆·统考三模）某