第3节 科学验证：动量守恒定律（PPT课件）-【顶尖课课练】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（鲁科版 2019）

1 第1章 动量及其守恒定律 第3节 科学验证：动量守恒定律 《顶尖课课练·物理（选择性必修 第一册）（鲁科版）》配套课件 2 实验能力自测 1.在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙所示的两种 装置： 3 （1）若入射小球的质量为、半径为，被碰小球的质量为 、半 径为 ，则___（填字母序号）。 A. ， B. ， C. ， D. ， C 解析 为防止反弹造成入射小球返回斜槽，要求入射小球质量大于被碰 小球质量，即 ；为使入射小球与被碰小球发生对心碰撞，要 求两小球半径相同。故C正确。 4 （2）若入射小球的质量为 ，被 碰小球的质量为 ，则在用图甲所 示装置进行实验时（ 为碰前入射 小球落点的平均位置），所得“验证 解析 得出验证动量守恒定律的结论应为 。 动量守恒定律”的结论为__________________________________ （用装置图中的字母表示）。 5 2.如图，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨 道水平部分碰撞前后的动量关系。 6 （1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是可以通 过仅测量___（填字母序号），间接地解决这个问题。 A. 小球开始释放的高度 B. 小球抛出点距地面的高度 C. 小球做平抛运动的水平位移 C 解析 验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞 前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，根据平抛 运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平位移大 小来体现速度大小，故需要测量水平位移，故A、B错误，C正确。 7 （2）用天平测量两个小球的质量 、 。图中 点是小球抛出点在水平地面 上的垂直投影，实验时，先让入射球 多次从斜轨上 位置静止释放；然后把被 碰小球 静止于轨道水平部分的右侧末 端，再将入射小球从斜轨上位置静止释放，与小球 相撞，并重 复多次，分别找到小球的平均落点、、 ，并测量出平均水平位移 、、 。 8 （3）若两球相碰前后的动量守恒，则其表达式可表示为_____________ __________________［用（2）中测量的量表示］；若碰撞过程没有机 械能损失，则相碰前后还应该满足的表达式为______________________ _______________［用（2）中测量的量表示］。 9 解析 根据平抛运动规律可知，落地高度 相同，则运动时间相同，设落地时间为 ， 则，， ， 而动量守恒的表达式是 。 若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式 即可； 若碰撞过程无机械能损失，则碰撞前后系统动能相同，则有 ， 即满足关系式： 。 10 3.某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门 装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端 固定一弹簧，滑块 的右端有强黏性的胶水。图 中滑块和挡光片的总质量为， 滑块 的质量为 ，实验步骤如下： ①按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块 置于气垫导轨上，然 后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的 时间__； 11 ②将滑块置于两光电门之间，将滑块 置于光电门1的右端，然后将滑 块水平压缩弹簧，滑块 在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1 后继续向左滑动并与滑块 发生碰撞； ③两滑块碰撞后黏合在一起向左运动，并通过光电门2； ④实验后，分别记录下滑块挡光片通过光电门1的时间 ，两滑块一起 运动挡光片通过光电门2的时间 。 （1）完成实验步骤①中所缺少的内容。 答案 相等 解析 在步骤①中气垫导轨安装时应保持水平状态，滑块在轨道上应做 匀速直线运动，故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等。 （2）实验前用一游标卡尺测得挡光 片的宽度如图乙所示，则 _______ 。 1.550 解析 游标卡尺的主尺读数为 ，游标尺读数为 ，所以 挡光片的宽度为 。 14 （3）设挡光片通过光电门的时间为 ，则滑块通过光电门的速度可表 示为_ __（用、 表示）。 解析 由于挡光片的宽度比较小，故 挡光片通过光电门的时间比较短， 因此可将挡光片通过光电门的平均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度， 故滑块通过光电门的速度可表示为 。 15 （4）实验中测得滑块 经过光电门 1的速度为 ，两滑块 经过光电门2的速度为 ，将两滑块和挡光 片看成一个系统，则系统在两滑块 相互作用前、后的总动量分别为 _______， ______ 。（结果均保留3位小数） 1.240 1.236 16 解析 两滑块相互作用前系统的总动量 为 。两滑块相互作用后系统的总动量为 。 4.某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小 车的前端粘有橡皮泥，推动小车 使之做匀速运动，然后与原来静止 的小车 相碰并黏合成一体，继续做匀速运动。他设计的具体装置如图 甲所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为 ，长木板右端垫着小木片以平衡摩擦力。 甲 乙 18 （1）已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（标在图上）。 若为运动起点，则应该选择____段来计算小车 碰前的速度，应选择 ____段来计算小车和碰后的共同速度。（以上空格填“”“”“ ” 或“ ”） 甲 乙 19 解析 分析纸带上的点迹可以看出， 段既表示小车做匀速运动，又表 示小车具有较大的速度，故段能准确地描述小车 碰前的运动情况， 应当选择段计算小车碰前的速度。而 段内小车运动稳定，故应 选择段计算碰后小车和 的共同速度。 甲 乙 20 （2）已测得小车的质量，小车的质量 ， 由以上测量结果可得碰前______ ；碰后 ______ 。由此得出结论：__________________ ___________________________。 0.420 0.417 在误差允许的范围内，碰撞前后系统的动量守恒 甲 乙 21 解析 小车 碰撞前的速度 。 小车 在碰撞前动量为 。 碰后小车和 的共同速度 22 。 碰撞后小车和 的动量为 。 结论：在误差允许的范围内，碰撞前后系统的动量守恒。 5.两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的、 两球的碰撞来“验 证动量守恒定律”。 24 （1）实验中必须满足的条件是 _____（填字母序号）。 BC A. 斜槽轨道尽量光滑以减小误差 B. 斜槽轨道末端的切线必须水平 C. 入射球 每次必须从轨道的同一 位置由静止滚下 D. 两球的质量必须相等 25 解析 本实验中，是通过平抛运动的 基本规律求解碰撞前后的速度，只 要离开轨道后做平抛运动，对斜槽 是否光滑没有要求，故选项A错误； 要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故选项B正确； 要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下， 故选项C正确；为了使小球碰后不被反弹，要求入射小球质量大于被碰 小球质量，故选项D错误。 26 （2）测量所得入射球的质量为 ，被 碰撞小球的质量为，图甲中 点是小 球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验 时，先让入射球 从斜轨上的起始位置由 静止释放，找到其平均落点的位置，测得平抛射程为 ；再将入射球 从斜轨上起始位置由静止释放，与小球相撞，分别找到球和球 相 撞后的平均落点、，测得平抛射程分别为和 。本实验要验证 的动量守恒定律的表达式应为________________________。 27 解析 小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相同，它们 在空中的运动时间相等，它们的水平位移 与其初速度成正比，可以用 小球的水平位移代替小球的初速度，若两球相碰前后动量守恒，则 ，又，， ，代入得 。 28 （3）乙同学也用上述两球进行实验， 但将实验装置进行了改装：如图乙 所示，将白纸、复写纸固定在竖直 放置的木条上，用来记录实验中球 、球 与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧 并与轨道接触，让入射球从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为 ； 然后将木条平移到图中所示位置，入射球 从斜轨上起始位置由静止释 放，确定其撞击点；再将入射球 从斜轨上起始位置由静止释放，与 29 球相撞，确定球和球 相撞后的撞击 点分别为和。测得与、 、 各点的高度差分别为、、 。 乙同学实验中要验证的动量守恒定律的 表达式应为_ ______________。 解析 小球做平抛运动，在竖直方向 上，平抛运动时间 ， 设轨道末端到木条的水平位移为 ， 小球做平抛运动的初速度 ，， ， 如果碰撞过程满足 ，将速度 代入式中解得 。 31 $$