专题七 主题四“碰撞”类实验（Word教参）-【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 主题精要归纳 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。 2．不同的实验方案对应不同的测量速度方法 如利用斜槽轨道验证小球碰撞过程中动量是否守恒时，用小球做平抛运动的水平位移替代小球做平抛运动的初速度；在气垫导轨上验证两滑块碰撞过程中的动量是否守恒时，用v＝计算滑块碰撞前后的速度；利用摆球碰撞验证动量守恒定律时，利用v＝来计算小球碰撞前后的速度。 [逐点验收评价] 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，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。 (4)若两球相碰前、后在OP方向上的总动量守恒，则m1v0＝m1v1＋m2v2，又OP＝v0t，OM＝v1t，ON＝v2t，代入得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON；若碰撞是弹性碰撞，满足动能守恒，则m1v02＝m1v12＋m2v22，代入得m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2。 (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。　　 实验(二)