第6章 第6讲 实验：验证动量守恒定律（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

18 / 80 第6讲　实验：验证动量守恒定律(重点实验) 实验方案(一)　研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 [实验器材] 气垫导轨、光电计时器、天平、带挡光片的滑块(两个)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、游标卡尺等。 [实验步骤] 1．测质量：用天平测出两滑块质量。 2．安装：正确安装好气垫导轨。 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改变滑块的质量；②改变滑块的初速度大小和方向)。 [数据处理] 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为光电计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。 2．验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 [注意事项] 1．利用气垫导轨进行实验，首先要调整导轨水平。 2．气垫导轨未通气时，不允许将滑块在导轨上滑动，防止划伤、碰坏气垫导轨。 3．给滑块的初速度应沿着气垫导轨的方向。 [误差分析] 1．气垫导轨是否完全水平，实验是否满足动量守恒的条件。 2．滑块质量和挡光片宽度的测量是否准确。 实验方案(二)　研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 [实验器材] 斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等。 [实验步骤] 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：按照如图甲所示安装实验装置。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。记下铅垂线所指的位置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(同步骤4中的高度)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，如图乙所示。 [数据处理] 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，看在误差允许的范围内是否成立。 [注意事项] 1．碰撞的两小球应保证“水平”和“正碰”。 2．选质量较大的小球作为入射小球，即m1＞m2。 3．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。 [误差分析] 1．主要来源于质量m1、m2的测量。 2．小球落点的确定。 3．小球水平位移的测量。 验证两物体碰撞过程中系统动量是否守恒，关键是实验设计与装置及两物体速度和质量的测量，实验设计与装置不同，测量物体的速度方法也不同，有时同一实验装置也可用来验证不同的规律。 关键点(一)　不同方案中速度的测量方式 [考法感悟] 1．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)。 (1)碰撞后B球的水平位移应为________cm； (2)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球的水平位移应为65.7 cm； (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，测量两球平均落点位置到O点的距离和。故A、B、D正确，C、E错误。 答案：(1)65.7(±0.2)　(2)ABD 2．(2023·洛阳质检)为了验证动量守恒定律，某同学使用如图甲所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当两个刚性滑行器通过G1、G2光电门时，光束被滑行器上的挡光片遮挡的时间称为光电门的挡光时间。预先测得滑行器连同挡光片的总质量分别为M、m(M＞m)，两挡光片宽度为