高效作业6 4 实验：验证动量守恒定律-【精彩三年】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册课程探究与巩固PPT课件（人教版2019）

高效作业6 [4　实验：验证动量守恒定律] 1 2 3 4 5 6 [A级　新教材落实与巩固] 1．“验证动量守恒定律”的实验装置示意图如图所示。 (1)在验证动量守恒定律的实验中，必须满足的条件是__________(多选)。 A．斜槽轨道是光滑的 B．轨道末端的切线是水平的 C．每次入射小球都要从槽上同一高度由静止滚下 D．碰撞的瞬间入射小球和被碰小球球心连线与轨道末端的切线平行 BCD (2)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则______。 A．m1＞m2，r1＞r2 B．m1＞m2，r1＜r2 C．m1＞m2，r1＝r2 D．m1＜m2，r1＝r2 (3)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是________(多选)。 A．刻度尺 B．停表 C．天平 D．弹簧测力计 C AC (4)为了验证动量守恒定律，需要测量O、P间的距离，O、M间的距离和__________________。 (5)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，P为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式________________________________(用m1、m2及图中字母表示)成立，即表示碰撞中动量守恒。 O、N间的距离 【解析】(1)为保证小球离开轨道时的速度相等，入射小球分别从斜槽的相同高度由静止滚下，斜槽轨道不需要一定光滑，故A错误；斜槽末端切线不水平时，小球离开轨道时速度不沿水平方向，处理实验数据时是将小球的运动当作平抛运动，则会引起误差，故B正确；如果入射小球没有做到每一次都从轨道的同一位置由静止滚下，则每次实验中的水平速度不同，会引起误差，故C正确；碰撞的瞬间入射小球和被碰小球球心连线与轨道末端的切线应平行，故D正确。 2．如图甲所示，在做“验证动量守恒定律”实验时，在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50 Hz，长木板右端下面垫放小木片用以调节长木板倾角。 1 2 3 4 5 6 (1)实验开始前________(填“需要”或“不需要”)补偿阻力，理由：_______________________________________________________________ _____，方法：__________________________________________________ _______________。 (2)打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)。A为打下的第一点，则应选________段来计算小车A的碰前速度，选________段来计算小车A和B碰后的共同速度。(均填“AB”“BC”“CD”或“DE”) (3)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上测量结果可得碰前总动量为______ kg·m/s，碰后总动量为______ kg·m/s。实验结论：_______________________________________________。(计算结果保留三位有效数字) 需要 只有补偿阻力后小车碰撞过程中系统所受合力才为0，系统的动量才守恒 长木板右端垫高，轻推小车A，当打出的纸带点迹均匀说明已补偿阻力 BC DE 1.26 1.25 在误差允许的范围内，两小车碰撞前后总动量守恒 【解析】(2)推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC段计算碰前的速度。碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度。 3．在“验证动量守恒定律”实验中，实验装置如 图所示，按照以下步骤进行操作。 1 2 3 4 5 6 ①在平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板 竖直立于紧靠槽口处，将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放，小球a撞到木板并在白纸上留下痕迹O。 ②将木板水平向右移动一定距离并固定，再将小球a从固定点处由静止释放，撞到木板上得到痕迹B。 ③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端，让小球a仍从固定点处由静止释放，小球a和小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C。 (1)下列措施可减小实验误差的是______。 A．斜槽轨道必须是光滑的 B．每次实验均重复几次后，再记录平均落点 C．a球和b球的半径和质量满足ra＝rb和ma<mb (2)为完成本实验，必须测量的物理量有________(多选)。 A．a球开始释放的高度h B．木板水平向右移动的距离L C．a球和b球的质量ma、mb D．O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3 (3)只要验证等式______________成立，即表示碰撞中动量守恒。[用(2)中测量的物理量表示] B CD 4．在“验证动量守恒定律”实验中，通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验，实验装置如图甲所示，实验原理如图乙所示。 1 2 3 4 5 6 (1)实验室有如下A、B、C三个小球，则入射小球应该选取______(填字母)进行实验。 B (2)小球释放后落在复写纸上会在白纸上留下印迹。多次实验，白纸上留下了10个印迹，如果用画圆法确定小球的落点P，图丙中的三个圆最合理的是______。 A．A B．B C．C C (3)关于本实验，下列说法正确的是________(多选)。 A．小球每次都必须从斜槽上的同一位置由静止释放 B．必须测量出斜槽末端到水平地面的高度 C．实验中需要用到重垂线 D．斜槽必须足够光滑且末端保持水平 (4)用刻度尺测量M、P、N三点到O点的距离分别为x1、x2、x3，结合第(1)题结论，通过验证等式_________________________(用题中所给字母表示)是否成立，从而验证动量守恒定律。 AC m2x1＋m1x3＝m2x2 【解析】(1)为了保证入射小球碰撞后不反弹，入射小球的质量要大于被碰小球的质量，为了使两小球发生对心碰撞，则要求两球的半径相同，故入射小球选择直径为d1、质量为m2的小球，被碰小球选择直径为d1、质量为m1的小球。 (2)如果采用画圆法确定小球的落点，应该让所画的圆尽可能把大多数落点包进去，且圆的半径最小，这样所画圆的圆心即为小球落点的平均位置，故选C。 (3)为了让小球每次平抛的速度相等，实验中需要让小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放，A正确；两个小球下落时间相同，可以用位移代替初速度，故不需要求出时间，所以不需要测量高度，B错误；实验中需要用重垂线确定小球做平抛运动的水平位移的起始位置，C正确；小球每次从斜槽的同一位置由静止滚下，不需要斜面光滑，且为使小球做平抛运动，斜槽的末端需调成水平，D错误。 1 2 3 4 5 6 [B级　素养养成与评价] 5．在用水平气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验时，左侧滑块质量m1＝200 g，右侧滑块质量m2＝240 g，挡光条宽度均为1.60 cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线将两滑块连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光条通过光电门的时间分别为Δt1＝0.032 s、Δt2＝0.040 s。以向左为正方向，则烧断细线前m1v1＋m2v2＝______kg·m/s，烧断细线后m1v′1＋m2v′2＝______________kg·m/s(此空保留两位有效数字)。可得到的结论是____________________________________。 0 4.0×10-3 在实验误差允许的范围内，动量守恒 6．[2023·绍兴一中检测] (1)某小组利用图甲所示装置验证动量守恒定律。光电门1、2分别与数字计时器相连，两滑块A、B上挡光条的宽度相同，已测得两滑块A、B(包含挡光条)质量分别为m1、m2。 1 2 3 4 5 6 ①接通气源后，轻推放在导轨上的滑块使它从右向左运动，发现滑块通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间。为使导轨水平，可调节旋钮Q使导轨右端________(填“升高”或“降低”)一些。 ②实验前，滑块A、B静置于图中所示位置。用手轻推一下A，使其经过光电门1后与B发生碰撞，碰后两滑块先后通过光电门2。光电门1记录的挡光时间为t1，光电门2记录的挡光时间依次为t2、t3。若已知挡光条的宽度为d，则滑块A通过光电门1时的速度大小为v1＝______。为减小实验误差，应选择宽度______(填“窄”或“宽”)的挡光条。若m1、m2、t1、 t2、t3满足关系式_________________，则可验证动量守恒定律。 升高 窄 (2)某同学想用图乙所示的装置验证碰撞过程动量守恒。用轻绳将两个小球(小球半径与绳长相比可忽略不计)悬挂起来，将一个小球从某一高度由静止释放，小球摆到最低点后将与另一小球发生碰撞。实验中仅有天平和刻度尺两种测量工具，请说明要测量的物理量，以及利用测量量验证动量守恒定律的表达式__________。 乙 见解析 感谢聆听，再见！ m1·＋m2·＝m1· (2)小球碰撞过程中在水平方向动量守恒，故有m1v1＋m2v2＝m1v0，碰撞过程中动能守恒，故有m1v＋m2v＝m1v，解得v1＝v0，碰后入射小球的速度v1＞0，即m1－m2＞0，m1＞m2，为了使两球发生正碰，两小球的半径相同，即r1＝r2，C正确。 (3)(4)(5)P为碰前入射小球落点的平均位置，M为碰后入射小球落点的平均位置，N为碰后被碰小球落点的平均位置，碰撞前入射小球的速度v1＝，碰撞后入射小球的速度v′1＝，碰撞后被碰小球的速度v2＝。若m1v′1＋m2v2＝m1v1，则表明该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代入数据得m1·＋m2·＝m1·，所以需要测量质量和水平位移，用到的仪器是刻度尺、天平。 (3)小车A碰前的速度v1＝＝ m/s＝3.15 m/s， 碰后共同速度v2＝＝ m/s＝2.085 m/s， 碰前总动量p1＝m1v1＝0.40×3.15 kg·m/s＝1.26 kg·m/s， 碰后的总动量p2＝(m1＋m2)v2＝0.60×2.085 kg·m/s≈1.25 kg·m/s， 则说明在误差允许的范围内，两小车碰撞前后总动量守恒。 ＋＝ 【解析】(1)实验误差与斜槽轨道的光滑程度无关，A错误；每次实验均重复几次后，再记录平均落点，这样可减小实验误差，B正确；a球和b球发生正碰，半径应满足ra＝rb，为防止两球碰撞后a球反弹，质量要满足ma>mb，C错误。 (2)实验中只要保证a球每次释放的高度h不变就可以，不用测量h值，A错误；因为小球每次打在木板上时，水平方向的位移相等，所以不需测量木板水平向右移动的距离L，B错误；要验证动量守恒定律，必须测量a球和b球的质量ma、mb，C正确；小球碰后水平方向的速度v＝，可以看出，需要计算小球运动的时间，则要测量O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3，D正确。 (3)a、b两球碰撞后做平抛运动，由L＝vt和y＝gt2，可得v＝，由动量守恒定律可得mav1＋mbv2＝mav0，即ma＋mb＝ma，整理得＋＝，若表达式＋＝成立，即表示碰撞中动量守恒。 (4)入射小球碰撞前的速度为v0＝＝，碰撞后入射小球和被碰小球的速度分别为v1＝＝，v2＝＝，根据动量守恒定律有m2v1＋m1v2＝m2v0，联立以上各式得到m2x1＋m1x3＝m2x2。 【解析】设向左为正方向，因烧断细线之前，两滑块均静止，故烧断细线前的动量为0；由平均速度公式可得v′1＝＝0.5 m/s，v′2＝－＝－0.4 m/s，故m1v′1＋m2v′2＝4.0×10-3 kg·m/s，在实验误差允许的范围内，动量守恒。 ＋＝ 【解析】(1)①轻推放在导轨上的滑块使它从右向左运动，发现滑块通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间，说明滑块运动速度减小，导轨右端低，为使导轨水平，可调节旋钮Q使导轨右端升高一些。 ②滑块经过光电门的瞬时速度近似等于平均速度，滑块A通过光电门1时的速度大小为v1＝。由于将经过光电门的瞬时速度近似等于平均速度，为减小实验误差，应选择宽度适当窄一点的挡光条。同理可得碰撞后滑块B通过光电门2时的速度大小为v2＝，滑块A通过光电门2时的速度大小为v3＝，取向左为正方向，若要验证动量守恒定律，需满足m1v3＋m2v2＝m1v1，代入得＋＝。 (2)用天平测量小球A、B的质量mA、mB，小球A释放时到最低点的高度h1，小球A与小球B碰撞后分别上升的高度h2、h3。小球A从释放到最低点，由动能定理有mAgh1＝mAv12，解得v1＝；同理可得碰撞后小球A和小球B的速度分别为v2＝，v3＝。若要验证动量守恒定律，需验证的表达式为mAv2＋mBv3＝mAv1，代入速度表达式得mA＋mB＝mA。 $$