实验8：验证动量守恒[5年58卷5考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验8：验证动量守恒【5年5考】 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：利用光电门和气垫导轨装置验证 传感器(2022全国甲23题) 实验器材 实验器材的选取 数据处理 速度之比的平均值；速度之比的表达式 具有计时功能的摄像机(2022重庆12题) 实验器材 实验器材的选取 数据处理 动量计算；图线选择 装置创新：利用其他创新装置验证 乒乓球与球台碰撞(2021山东13题) 数据处理 判断、计算弹起高度；碰撞过程的能量损失 碰撞后做平抛运动(2022天津9题) 数据处理 注意事项 游标卡尺读数；实验操作注意事项 实验结论 小球落点判断 硬币之间碰撞(2023辽宁11题) 实验要求 硬币的选用 分析计算 速度表达式；质量与位移关系式：误差分析 总结： （1）类型角度：常使用光电门和气垫导轨验证动量守恒定律，也会结合其他创新装置，如用手机记录乒乓球与台面碰撞的声音随时间变化图像、用硬币碰撞后的水平位移等来验证。 （2）考察要素和内容 ①：基本实验要求：实验器材选择、测量仪器的读数、实验操作及注意事项； ②数据处理：通过表达式、总动量的计算、判断落点位置。 考点1 基本实验要求 1. 实验目的 验证动量守恒定律 2．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′，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． 3．实验器材 斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规等． 4．实验步骤 （1）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）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）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）不放被撞小球，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小球所有的落点都圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置． （5）把被撞小球放在斜槽末端，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.如图乙所示． （6）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）整理好实验器材放回原处． （8）实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒． 5．注意事项 （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. 考点2 数据处理及误差分析 1．数据处理 （1）方案一： ①测定滑块的速度：，式中为滑块挡住光片的宽度，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： （2） 方案二： 验证表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在允许的误差范围内是否成立 2. 误差分析 （1）系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即： ①碰撞是否为一维碰撞； ②实验是否满足动量守恒的条件:如气垫导轨是否水平,两球是否等大； （2）偶然误差：主要来源于质量 m 和速度v的测量 （3）改进措施 ①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件； ②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差 考点3 实验创新设计 1. 利用气垫导轨验证动量守恒定律 滑块A以一定初速度向右运动撞击静止在气垫导轨上的滑块 B,记录从碰撞开始到两滑块与挡板相碰的时间t1、t2，碰撞瞬间滑块 A、B到左右挡板的距离 s1=s2，碰后两滑块的速度分别为v1和v2 利用来验证碰撞过程是否为弹性碰撞： （1） 由求解AB碰后的速度：、，求出比值； （2） 分别应用动量守恒定律与机械能守恒定律，列方程，求出比值； （3） 对比两次的值，若在误差允许范围内相等，即可验证该碰撞为弹性碰撞； 2. 利用光电门验证动量守恒定律 分别测出滑块 A、B和遮光条的总质量mA、mB,遮光条的宽度d。滑块B经过光电门2并与A发生碰撞,再次经过光电门2,光电门 2 先后记录滑块 B的挡光时间为t1、t2,光电门1记录滑块A的挡光时间为t3 验证条件：……① 若为弹性碰撞，还应该满足：……② 联立①和②，即验证成立。 A. 高考真题感知 1.（2023·辽宁·统考高考真题）某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币