第三板块 专题七 主题四 “碰撞”类实验（课件PPT）-【新高考方案】2024年高考物理二轮复习专题增分方略（新教材）

主题四 “碰撞”类实验 1．不同的实验方案对应不同的实验要求 如利用斜槽轨道验证动量守恒定律时，斜槽末端必须水平，入射小球每次必须从同一高度由静止释放，入射小球质量大于被碰小球质量等；利用长木板验证两小车碰撞过程中动量守恒时，必须调整木板倾角，以平衡小车摩擦力，保证小车碰撞前后做匀速直线运动。 主题精要归纳 实验(一)　利用斜槽轨道验证动量守恒定律 1．(2023·浙江6月模拟)如图甲所示，用半径相同的A、B两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C由静止滚下，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。如图乙所示，M、P、N为三个落点的平均位置， [逐点验收评价] 未放B球时，A球的落点是P点，O点是水平轨道末端在白纸上的投影点。 (1)在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足m1________m2(选填“＞”或“＜”)。 (2)除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是________。 A．秒表　　　　　　 B．天平 C．刻度尺 D．打点计时器 (3)下列说法中正确的是________。 A．如果小球每次从同一位置由静止释放，每次的落点一定是重合的 B．重复操作时发现小球的落点并不重合，说明实验操作中出现了错误 C．用半径尽量小的圆把10个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置 D．仅调节斜槽上固定位置C，它的位置越低，OP的长度越大 (4)在某次实验中，测量出两个小球的质量m1、m2，记录的落点平均位置M、N几乎与OP在同一条直线上，测量出三个落点位置与O点距离OM、OP、ON的长度。在实验误差允许范围内，若满足关系式____________________，则可以认为两球碰撞前、后在OP方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足关系式____________。(用测量的量表示) (5)在OP、OM、ON这三个长度中，与实验所用小球质量无关的是________，与实验所用小球质量有关的是________。 解析：(1)为了防止入射小球碰后反弹，应让入射小球的质量大于被碰小球的质量，所以应满足m1＞m2。 (2)小球离开轨道后做平抛运动，根据平抛运动规律可知，小球在空中的运动时间相同，则小球的水平位移与其初速度成正比，即x＝vt，可以用小球的水平位移代替小球的初速度。所以在实验误差允许的范围内，若满足m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，则可认为两球碰撞前、后在OP方向上的总动量守恒。由以上所述可知，实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置与O点距离，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置与O点距离需要刻度尺，因此需要的实验器材有B、C。 (3)由于各种偶然因素，如所受阻力不同等，小球的落点不可能完全重合，落点应当比较集中，落点不重合并不是出现了错误，故A、B错误；由于落点比较密集，又较多，每次测量距离很难，故确定落点平均位置的方法是最小圆法，即用尽可能小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表落点的平均位置，故C正确；仅调节斜槽上固定位置C，它的位置越低，小球的水平速度越小，则OP的长度越小，故D错误。 (5)根据实验原理可知，OP是放一个小球时的水平射程，小球的速度与质量无关，故OP与质量无关；而碰后两球的速度与两球的质量有关，所以碰后水平射程与质量有关，故OM和ON与质量有关。 答案：(1)＞　(2)BC　(3)C　(4)m1·OP＝m1·OM＋m2·ON　m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2　(5)OP　OM和ON [细节提醒] (1)入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2时，入射小球碰后速度水平向右，不会反弹。 (2)小球平抛运动的时间相等，所以可以用水平位移替代小球平抛的初速度。　　 2．(2023·湖南长郡中学模拟)某同学设计了如图甲所示的实验装置验证水平方向上的动量守恒，所用器材：气垫导轨、带四分之一圆弧轨道的滑块(水平长度L)、光电门、金属小球、游标卡尺、天平等。 实验(二)　利用气垫导轨验证动量守恒 (1)实验步骤如下： ①如图甲所示，将光电门A固定在滑块上左端，用天平测得滑块和光电门A的总质量为M，光电门B固定在气垫导轨的右侧。 ②用天平称得金属球的质量为m，用20分度游标卡尺测金属球的直径，示数如图乙所示，小球的直径d＝________cm。 ③开动气泵，调节气垫导轨水平，将金属小球从C点静止释放。A、B光电门的遮光时间分别为Δt1、Δt2(光电门B开始遮光时小球已