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1、实验七 验证动量守恒定律实验七 验证动量守恒定律 实验基础实验基础 核心探究核心探究 实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华 注意事项注意事项 1.1.前提条件前提条件: :碰撞的两物体应保证碰撞的两物体应保证“水平水平”和和“正碰正碰”. . 2.2.方案提醒方案提醒 (1)(1)若利用气垫导轨进行实验若利用气垫导轨进行实验, ,调整气垫导轨时调整气垫导轨时, ,注意利用水平仪确保导轨水平注意利用水平仪确保导轨水平. . (2)(2)若利用摆球进行实验若利用摆球进行实验, ,两小球静放时球心应在同一水平线上两小球静放时球心应在同一水平线上, ,且刚好接触且刚好接触, ,摆线摆线
2、竖直竖直, ,将小球拉起后将小球拉起后, ,两条摆线应在同一竖直面内两条摆线应在同一竖直面内. . (3)(3)若利用长木板进行实验若利用长木板进行实验, ,可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力可在长木板下垫一小木片用以平衡摩擦力. . (4)(4)若利用斜槽小球碰撞应注意若利用斜槽小球碰撞应注意: : 斜槽末端的切线必须水平斜槽末端的切线必须水平; ; 入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放; ; 选质量较大的小球作为入射小球选质量较大的小球作为入射小球; ; 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实验过程中实验桌、斜槽、记录的白
3、纸的位置要始终保持不变. . 误差分析误差分析 1.1.小球每次释放位置存在差异小球每次释放位置存在差异. . 2.2.小球离开轨道时的速度不水平小球离开轨道时的速度不水平. . 3.M,N,P3.M,N,P点位置确定存在误差点位置确定存在误差. . 核心探究核心探究 通法悟道通法悟道拓宽思路拓宽思路 探究点一 基础性实验探究点一 基础性实验 【典例典例1 1】 某同学用图某同学用图( (甲甲) )所示装置通过半径相同的所示装置通过半径相同的A,BA,B两球的碰撞来验证动量守恒定两球的碰撞来验证动量守恒定 律律. .图中图中PQPQ是斜槽是斜槽,QR,QR为水平槽为水平槽. .实验时先使实验时
4、先使A A球从斜槽上某一固定位置球从斜槽上某一固定位置G G由静止开始滚下由静止开始滚下, , 落到位于水平地面的记录纸上落到位于水平地面的记录纸上, ,留下痕迹留下痕迹. .重复上述操作重复上述操作1010次次, ,得到得到1010个落点痕迹个落点痕迹. .再把再把B B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方球放在水平槽上靠近槽末端的地方, ,让让A A球仍从位置球仍从位置G G由静止开始滚下由静止开始滚下, ,和和B B球碰撞后球碰撞后,A,B,A,B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹. .重复这种操作重复这种操作1010次次. .图中图中O O点是水平槽末端
5、点是水平槽末端R R在在 记录纸上垂直投影点记录纸上垂直投影点.B.B球落点痕迹如图球落点痕迹如图( (乙乙) )所示所示, ,其中米尺水平放置其中米尺水平放置, ,且平行于且平行于G,R,OG,R,O所所 在的平面在的平面, ,米尺的零点与米尺的零点与O O点对齐点对齐. . (1)(1)碰撞后碰撞后B B球的水平射程应取为球的水平射程应取为 cm. cm. 解析解析: :(1)(1)小球在平抛运动的过程中由于受到空气的阻力以及空气的扰动等小球在平抛运动的过程中由于受到空气的阻力以及空气的扰动等 原因原因, ,落点不可能全部在同一点落点不可能全部在同一点, ,所以要画一个尽可能小的圆使所以要
6、画一个尽可能小的圆使1010个落点都个落点都 在圆中在圆中, ,则圆心即为小球则圆心即为小球B B的平均落点的平均落点; ;碰撞后碰撞后B B球的水平射程约为球的水平射程约为64.2 cm.64.2 cm. 答案答案: :(1)64.2 (1)64.2 (2)(2)在以下选项中在以下选项中, ,哪些不是本次实验必须进行的测量哪些不是本次实验必须进行的测量? ? ( (填选项号填选项号). ). A.A.水平槽上未放水平槽上未放B B球时球时, ,测量测量A A球落点位置到球落点位置到O O点的距离点的距离 B.AB.A球与球与B B球碰撞后球碰撞后, ,测量测量A A球落点位置到球落点位置到O
7、 O点的距离点的距离 C.C.测量测量A A球与球与B B球的直径球的直径 D.D.测量测量A A球和球和B B球的质量球的质量( (或两球质量之比或两球质量之比) ) E.E.测量测量G G点相对于水平槽面的高度点相对于水平槽面的高度 答案答案: :( (2)ABD2)ABD (3)(3)实验中实验中, ,对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 . . A.A.释放点越低释放点越低, ,小球受阻力越小小球受阻力越小, ,入射小球速度越小入射小球速度越小, ,误差越小误差越小 B.B.释放点越低释放点越低, ,两球碰后水
8、平位移越小两球碰后水平位移越小, ,水平位移测量的相对误差越小水平位移测量的相对误差越小, ,两球速度的测量两球速度的测量 越准确越准确 C.C.释放点越高释放点越高, ,两球相碰时两球相碰时, ,相互作用的内力越大相互作用的内力越大, ,碰撞前后动量之差越小碰撞前后动量之差越小, ,误差越小误差越小 D.D.释放点越高释放点越高, ,入射小球对被碰小球的作用力越大入射小球对被碰小球的作用力越大, ,轨道对被碰小球的阻力越小轨道对被碰小球的阻力越小 解析解析: :(3)(3)入射小球的释放点越高入射小球的释放点越高, ,入射小球碰前速度越大入射小球碰前速度越大, ,相碰时内力越大相碰时内力越大
9、, ,阻力的阻力的 影响相对减小影响相对减小, ,可以较好地满足动量守恒的条件可以较好地满足动量守恒的条件, ,也有利于减小测量水平位移时的相也有利于减小测量水平位移时的相 对误差对误差, ,从而使实验的误差减小从而使实验的误差减小, ,选项选项C C正确正确. . 答案答案: :(3)C(3)C 误区警示误区警示 利用碰撞实验器做实验时的注意事项利用碰撞实验器做实验时的注意事项 题组冲关题组冲关 1.(1)“1.(1)“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验装置原来的教科书采用图的实验装置原来的教科书采用图( (甲甲) )的方法的方法, ,经过编者修改后经过编者修改后, ,现行的现行的 教
10、科书采用图教科书采用图( (乙乙) )的方法的方法. .两个实验装置的区别在于两个实验装置的区别在于: :悬挂重垂线的位置不同悬挂重垂线的位置不同; ;图图( (甲甲) )中设计有中设计有 一个支柱一个支柱( (通过调整通过调整, ,可使两球的球心在同一水平线上可使两球的球心在同一水平线上. .上面的小球被碰离开后上面的小球被碰离开后, ,支柱立即倒下支柱立即倒下),),图图 ( (乙乙) )中没有支柱中没有支柱, ,图图( (甲甲) )中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过中的入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过O,OO,O点的竖直点的竖直 线上线上, ,重垂线只确定了
11、重垂线只确定了O O点的位置点的位置, ,比较这两个实验装置比较这两个实验装置, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) A.A.采用图采用图( (甲甲) )的实验装置时的实验装置时, ,需要测出两小球的直径需要测出两小球的直径 B.B.采用图采用图( (乙乙) )的实验装置时的实验装置时, ,需要测出两小球的直径需要测出两小球的直径 C.C.为了减小误差为了减小误差, ,采用图采用图( (甲甲) )的实验装置时的实验装置时, ,应使斜槽末端水平部分尽量光滑应使斜槽末端水平部分尽量光滑 D.D.为了减小误差为了减小误差, ,采用图采用图( (乙乙) )的实验装置时的实验装置时, ,应
12、使斜槽末端水平部分尽量光滑应使斜槽末端水平部分尽量光滑 2.2.在在“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验中的实验中, ,请回答下列问题请回答下列问题. . (1)(1)实验记录如图实验记录如图( (甲甲) )所示所示, ,则则A A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的球碰前做平抛运动的水平位移是图中的 ,B,B 球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的球被碰后做平抛运动的水平位移是图中的 .(.(两空均选填两空均选填“OM”“OP”OM”“OP” 或或“ON”) ON”) 解析解析: :(1)A(1)A球碰前做平抛运动的水平位移是图中的球碰前做平抛运动的水平位移是图中的OP,BOP,B球被碰后
13、做平抛运动球被碰后做平抛运动 的水平位移是图中的的水平位移是图中的ON.ON. 答案答案: :(1)OP(1)OP ONON (2)(2)小球小球A A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力, ,这对实验结果这对实验结果 ( (选填选填“会会” 或或“不会不会”) )产生误差产生误差. . (3)(3)实验装置如图实验装置如图( (甲甲) )所示所示,A,A球为入射小球球为入射小球,B,B球为被碰小球球为被碰小球, ,以下所列举的在实验过程中以下所列举的在实验过程中 必须满足的条件是必须满足的条件是 . . A.A.入射小球的质量入射小球的质量m mA A, ,可以小
14、于被碰小球的质量可以小于被碰小球的质量m mB B B.B.实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度实验时需要测量斜槽末端到水平地面的高度 C.C.入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放入射小球每次不必从斜槽上的同一位置由静止释放 D.D.斜槽末端的切线必须水平斜槽末端的切线必须水平, ,小球放在斜槽末端处小球放在斜槽末端处, ,应能静止应能静止 解析解析: :(2)(2)小球小球A A下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力, ,对于每次滚下的小球的影响都对于每次滚下的小球的影响都 是相同的是相同的, ,因此对小球的末速度无影响因此对小球的末速度无影响, ,故对实
15、验结果不会产生误差故对实验结果不会产生误差. . (3)(3)实验中必须满足的条件是实验中必须满足的条件是: :碰撞小球的质量大于被碰小球的质量碰撞小球的质量大于被碰小球的质量, ,小球每次都必小球每次都必 须从同一高度滚下须从同一高度滚下, ,不需要测量小球做平抛运动的时间或高度不需要测量小球做平抛运动的时间或高度, ,故选项故选项D D正确正确. . 答案答案: :(2)(2)不会 不会 (3)D(3)D (4)(4)在在“验证动量守恒定律验证动量守恒定律”的实验中的实验中. .某同学用如图某同学用如图( (乙乙) )所示的装置进行了如所示的装置进行了如 下的操作下的操作: : 先调整斜槽
16、轨道先调整斜槽轨道, ,使末端的切线水平使末端的切线水平, ,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写在一块平木板表面先后钉上白纸和复写 纸纸, ,并将该木板竖直立于靠近槽口处并将该木板竖直立于靠近槽口处, ,使小球使小球a a从斜槽轨道上某固定点处由静止从斜槽轨道上某固定点处由静止 释放释放, ,撞到木板并在白纸上留下痕迹撞到木板并在白纸上留下痕迹O.O. 将木板向右平移适当的距离将木板向右平移适当的距离, ,再使小球再使小球a a从原固定点由静止释放从原固定点由静止释放, ,撞在木板上撞在木板上 并在白纸上留下痕迹并在白纸上留下痕迹B.B. 把半径相同的小球把半径相同的小球b b静止放在斜槽轨道
17、水平段的最右端静止放在斜槽轨道水平段的最右端, ,让小球让小球a a仍从原固定仍从原固定 点由静止释放点由静止释放, ,和小球和小球b b相碰后相碰后, ,两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A A和和C.C. 用天平测量用天平测量a,ba,b两小球的质量分别为两小球的质量分别为m ma a,m,mb b, ,用刻度尺测量白纸用刻度尺测量白纸O O点到点到A,B,CA,B,C三点三点 的距离分别为的距离分别为y y1 1,y,y2 2和和y y3 3. .用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒用本实验中所测得的量来验证两球碰撞过程动量守恒, , 其表达式为其
18、表达式为 . . 探究点二 创新性实验探究点二 创新性实验 高考创新实验例析高考创新实验例析 【典例典例2 2】(2014(2014全国全国卷卷,35),35)现利用图现利用图(a)(a)所示的装置验证动量守恒定律所示的装置验证动量守恒定律. .在图在图 (a)(a)中中, ,气垫导轨上有气垫导轨上有A,BA,B两个滑块两个滑块, ,滑块滑块A A右侧带有一弹簧片右侧带有一弹簧片, ,左侧与打点计时器左侧与打点计时器 ( (图中未画出图中未画出) )的纸带相连的纸带相连; ;滑块滑块B B左侧也带有一弹簧片左侧也带有一弹簧片, ,上面固定一遮光片上面固定一遮光片, ,光电光电 计时器计时器(
19、(未完全画出未完全画出) )可以记录遮光片通过光电门的时间可以记录遮光片通过光电门的时间. . 实验测得滑块实验测得滑块A A的质量的质量m m1 1=0.310 kg,=0.310 kg,滑块滑块B B的质量的质量m m2 2=0.108 kg,=0.108 kg,遮光片的宽度遮光片的宽度 d=1.00 cm;d=1.00 cm;打点计时器所用交流电的频率打点计时器所用交流电的频率f=50.0 Hz.f=50.0 Hz. 将光电门固定在滑块将光电门固定在滑块B B的右侧的右侧, ,启动打点计时器启动打点计时器, ,给滑块给滑块A A一向右的初速度一向右的初速度, ,使它与使它与 B B相碰相
20、碰. .碰后光电计时器显示的时间为碰后光电计时器显示的时间为ttB B=3.500 ms,=3.500 ms,碰撞前后打出的纸带如图碰撞前后打出的纸带如图 (b)(b)所示所示. . 【创新创新/ /改进点分析改进点分析】 实验器材的创新实验器材的创新: :使用气垫导轨来减少摩擦力对实验的影响使用气垫导轨来减少摩擦力对实验的影响. . 模拟创新实验冲关模拟创新实验冲关 1.1.某同学把两个质量不同的小球用细线连接某同学把两个质量不同的小球用细线连接, ,中间夹一个被压缩了的轻弹簧中间夹一个被压缩了的轻弹簧, , 如图所示如图所示, ,将此系统置于光滑水平桌面上将此系统置于光滑水平桌面上, ,烧
21、断细线烧断细线, ,观察两小球的运动情况观察两小球的运动情况, , 进行必要的测量进行必要的测量, ,验证两小球相互作用的过程中动量守恒验证两小球相互作用的过程中动量守恒. . (1)(1)该同学还需具备的器材是该同学还需具备的器材是 ; ; (2)(2)需要直接测量的数据是需要直接测量的数据是 ; ; 解析解析: :(1)(2)(1)(2)这个实验的思路是通过测平抛运动的位移来代替它们作用后的这个实验的思路是通过测平抛运动的位移来代替它们作用后的 速度速度. .所以需要有刻度尺和天平分别测平抛运动的水平位移和两小球的质量所以需要有刻度尺和天平分别测平抛运动的水平位移和两小球的质量. . 答案
22、答案: :(1)(1)刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平 (2)(2)两球的质量两球的质量m m1 1,m,m2 2, ,水平射程水平射程x x1 1,x,x2 2 (3)(3)用得到的数据验证动量守恒的关系式是用得到的数据验证动量守恒的关系式是 . . 答案答案: :(3)m(3)m1 1x x1 1=m=m2 2x x2 2 【创新创新/ /改进点分析改进点分析】 实验方案的创新实验方案的创新: :利用平抛运动将速度和水平射程联系起来利用平抛运动将速度和水平射程联系起来, ,本题中利用的弹本题中利用的弹 簧作用的两小球总动量
23、为零簧作用的两小球总动量为零, ,满足平均动量守恒的条件满足平均动量守恒的条件. . 2.2.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验: :在小车在小车A A的前端粘有橡的前端粘有橡 皮泥皮泥, ,推动小车推动小车A A使之做匀速直线运动使之做匀速直线运动, ,然后与原来静止在前方的小车然后与原来静止在前方的小车B B相碰并粘合成相碰并粘合成 一体一体, ,继续做匀速直线运动继续做匀速直线运动. .他设计的具体装置如图他设计的具体装置如图( (甲甲) )所示所示, ,在小车在小车A A后连着纸带后连着纸带, ,电电 磁打点计时器的电源
24、频率为磁打点计时器的电源频率为50 Hz,50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力. . (1)(1)若已得到打点纸带如图若已得到打点纸带如图( (乙乙) )所示所示, ,并将测得各计数点间距标在图上并将测得各计数点间距标在图上,A,A为运动起始为运动起始 的第一点的第一点, ,若要计算小车若要计算小车A A的碰前速度以的碰前速度以v vA A及计算及计算A A和和B B碰后的共同速度碰后的共同速度v v共 共, ,应分别选择 应分别选择 纸带的哪一段纸带的哪一段 .(.(选填选填“AB”“BC”“CD”AB”“BC”“CD”或或“DE”) DE”) 解析解
25、析: :(1)(1)推动小车由静止开始运动推动小车由静止开始运动, ,故小车有个加速过程故小车有个加速过程, ,在碰撞前做匀速在碰撞前做匀速 直线运动直线运动, ,即在相同的时间内通过的位移相同即在相同的时间内通过的位移相同,BC,BC段为匀速运动的阶段段为匀速运动的阶段, ,故选故选 BCBC计算碰前的速度计算碰前的速度; ;碰撞过程是一个变速运动的过程碰撞过程是一个变速运动的过程, ,而而A A和和B B碰后共同运动碰后共同运动 时做匀速直线运动时做匀速直线运动, ,在相同的时间内通过相同的位移在相同的时间内通过相同的位移, ,故应选故应选DEDE段来计算碰段来计算碰 后共同的速度后共同的
26、速度. . 答案答案: :(1)BC(1)BC DE DE (2)(2)若已测得小车若已测得小车A A的质量的质量m m1 1=0.40 kg,=0.40 kg,小车小车B B的质量的质量m m2 2=0.20 kg,=0.20 kg,那么碰前两小车那么碰前两小车 的总动量为的总动量为 ; ;碰后两小车的总动量为碰后两小车的总动量为 . . 答案答案: :( (2)0.420 kgm/s2)0.420 kgm/s 0.417 kgm/s 0.417 kgm/s 【创新创新/ /改进点分析改进点分析】 1.1.实验对数据获得的改进实验对数据获得的改进: :利用打点计时器获得的纸带匀速运动部分进行研利用打点计时器获得的纸带匀速运动部分进行研 究究, ,获得碰撞前后小车运动的速度获得碰撞前后小车运动的速度. . 2.2.实验条件的创设实验条件的创设: :本实验中平衡摩擦力是非常重要的条件本实验中平衡摩擦力是非常重要的条件, ,以保证小车作用以保证小车作用 前后做匀速运动前后做匀速运动. .