1、第5講實驗：驗證動量守恒定律 把握經(jīng)典實驗方案一、基本原理與操作二、核心關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理1碰撞找點：把被碰小球放在斜槽末端，每次讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次。標(biāo)出碰撞前、后入射小球落點的平均位置P、M和被碰小球落點的平均位置N。如圖2所示。2驗證：測量線段OP、OM、ON的長度。將測量數(shù)據(jù)填入表中，最后代入m1OPm1OMm2ON，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立。方案(二)利用等長擺球完成一維碰撞實驗實驗器材帶細(xì)線的擺球(兩套，等大不等重)、鐵架臺、天平、量角器、刻度尺、游標(biāo)卡尺、膠布等。實驗步驟1測質(zhì)量和直徑：用天平測出小球的質(zhì)量m1、m2，用游標(biāo)卡尺測出小球的

2、直徑d。2安裝：把小球用等長懸線懸掛起來，并用刻度尺測量懸線長度l。3實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰。4測角度：用量角器測量小球被拉起的角度和碰撞后兩小球擺起的角度。5改變條件重復(fù)實驗：改變小球被拉起的角度；改變擺長。方案(三)利用兩輛小車完成一維碰撞實驗實驗器材光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、橡皮泥、刻度尺等。實驗步驟1測質(zhì)量：用天平測出兩小車的質(zhì)量。2安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。3實驗：小車B靜止，接通電源，讓小車A運動，碰撞時撞針插入橡皮泥中，兩小車連接成

3、一個整體運動。4改變條件重復(fù)實驗：改變小車A的初速度；改變兩小車的質(zhì)量。 歸納共性實驗關(guān)鍵1不變的實驗原理兩個物體發(fā)生碰撞，測量出兩個物體的質(zhì)量以及碰撞前后兩個物體的速度。2通用的數(shù)據(jù)處理方法計算碰撞之前的總動量m1v1m2v2和碰撞之后的總動量m1v1m2v2。3共同的注意事項(1)碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。(2)選質(zhì)量較大的小球作為入射小球，即m入m被碰。4一致的誤差分析思路(1)主要來源于質(zhì)量m1、m2的測量。(2)小球落點的確定。(3)小球水平位移的測量。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(一)實驗原理與操作1某同學(xué)用圖甲所示的裝置來驗證動量守恒定律，A、B為半徑相同的小球(mAmB

4、)，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽。實驗時先使A球從斜槽上某一位置G由靜止釋放，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡。重復(fù)上述操作多次，得到多個落點痕跡。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止釋放。兩球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)這種操作多次。圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的豎直投影點。B球落點痕跡如圖乙所示，圖中米尺的零刻度線與O點對齊(未畫出)。(1)碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_cm；(2)以下選項中，本次實驗必須進(jìn)行測量的是_(填選項前的字母)。A測量A球未與B球相碰時的平均落點到O點的距離B測量A球與B球相碰后的平均落點到O點的距離C測量

5、A球和B球的直徑D測量A球和B球的質(zhì)量E測量水平槽面相對于O點的高度答案：(1)65.7(65.565.9均正確)(2)ABD關(guān)鍵點撥實驗操作的四點提醒(1)調(diào)整斜槽末端切線水平，保證小球碰后均做平拋運動。(2)入射小球與被碰小球的平拋起點相同。(3)小球碰撞前后做平拋運動的時間相同，因此，可用平拋的水平位移替代平拋的初速度進(jìn)行實驗驗證。(4)以最小的圓包括小球的落地點，則該圓的圓心即為小球落點的平均位置?？疾辄c(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析2(2022天津和平區(qū)模擬)在“驗證動量守恒定律”的實驗中，如圖甲所示，氣墊導(dǎo)軌上放置著帶有遮光板的滑塊A、B，測得A、B的質(zhì)量分別為m1和m2，遮光板的寬度相

6、同。實驗中，用細(xì)線將兩個滑塊連接使輕彈簧壓縮且靜止，然后燒斷細(xì)線，輕彈簧將兩個滑塊彈開，測得它們通過光電門的時間分別為t1、t2。(1)圖乙為兩同學(xué)用螺旋測微器測遮光板寬度d時的情景。由該圖可知其示數(shù)為_mm。(2)用題中測得的物理量表示動量守恒應(yīng)滿足的關(guān)系式為_(用t1、t2、d表示)。答案：(1)3.503(2)m1t2m2t10關(guān)鍵點撥(1)螺旋測微器在讀數(shù)時，注意半格線是否已經(jīng)露出。(2)表示系統(tǒng)動量守恒的關(guān)系式時，注意兩遮光板的寬度相同。 二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新1如圖甲所示，沖擊擺是一個用細(xì)線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種

7、裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度。實驗步驟如下：用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；將實驗裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長度，使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長；讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機(jī)，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動，記下指針的最大偏角；多次重復(fù)步驟，記錄指針最大偏角的平均值；換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表。擋位平均最大偏角/度彈丸質(zhì)量m/kg擺塊質(zhì)量M/kg擺長l/m彈丸的速度v/ (ms1)低速擋15.70.007 650.078 90.2705.03中速擋19.10.007 650.078 90.2706.77高速擋0.007 65

8、0.078 90.2707.15完成下列填空：(1)現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖乙所示，請將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：_。(2)用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v_。(已知重力加速度為g)(3)為減小實驗誤差，每次實驗前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應(yīng)的最大指針偏角，每次正式射擊前，應(yīng)預(yù)置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角。請寫出這樣做的一個理由：_。創(chuàng)新點分析(1)利用動量守恒、機(jī)械能守恒計算彈丸的發(fā)射速度。(2)減小實驗誤差的措施，體現(xiàn)了物理知識和物理實驗的實用性、創(chuàng)新性和綜合性。創(chuàng)新角度(二)實驗器材的創(chuàng)新2為了驗證動量守恒定律(探究碰撞中的不變量)，某同學(xué)選

9、取了兩個材質(zhì)相同、體積不等的立方體滑塊A和B，按下述步驟進(jìn)行實驗：步驟1：在A、B的相撞面分別裝上尼龍拉扣，以便二者相撞以后能夠立刻結(jié)為整體；步驟2：安裝好實驗裝置如圖甲，鋁質(zhì)軌道槽的左端是傾斜槽，右端是長直水平槽，傾斜槽和水平槽由一小段弧連接，軌道槽被固定在水平桌面上，在軌道槽的側(cè)面與軌道等高且適當(dāng)遠(yuǎn)處裝一臺數(shù)碼頻閃照相機(jī)；步驟3：讓滑塊B靜置于水平槽的某處，滑塊A從斜槽某處由靜止釋放，同時開始頻閃拍攝，直到A、B停止運動，得到一幅多次曝光的數(shù)碼照片；步驟4：多次重復(fù)步驟3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出來，將刻度尺緊靠照片放置，如圖乙所示。(1)由圖分析可知，滑塊A與滑塊B碰撞

10、發(fā)生的位置在_。P5、P6之間P6處P6、P7之間(2)為了探究碰撞中動量是否守恒，需要直接測量或讀取的物理量是_。A、B兩個滑塊的質(zhì)量m1和m2滑塊A釋放時距桌面的高度頻閃照相的周期照片尺寸和實際尺寸的比例照片上測得的s45、s56和s67、s78照片上測得的s34、s45、s56和s67、s78、s89滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)寫出驗證動量守恒的表達(dá)式_。(3)請你寫出一條有利于提高實驗準(zhǔn)確度或改進(jìn)實驗原理的建議：_。解析：(1)由題圖可知碰撞位置發(fā)生在P5、P6之間或P6處，又由于P6位置滑塊速度明顯減小，故A、B相撞的位置在P6處，故正確。(2)設(shè)碰撞前滑塊A在P4、P5、P6的速度分別

11、為v4、v5、v6，碰撞后，整體在P6、P7、P8的速度分別為v6、v7、v8，在足夠成像的前提下，縮短頻閃照相每次曝光的時間，使滑塊碰撞位置拍攝更清晰、準(zhǔn)確。適當(dāng)增大相機(jī)和軌道槽的距離，減小由于鏡頭拍攝引起的距離誤差。將軌道的一端墊起少許，平衡摩擦力，使得滑塊碰撞前后都做勻速運動。答案：(1)(2)m1(2s56s45s34)(m1m2)(2s67s78s89)(3)見解析(任意一條即可)創(chuàng)新角度(三)實驗原理的創(chuàng)新3(2022武漢模擬)某同學(xué)用如圖甲所示的裝置驗證碰撞中動量守恒。一根長為L的輕質(zhì)不可伸縮細(xì)線一端拴住質(zhì)量為mA的小鋼球A，細(xì)線的另一端固定在懸點O，在最低點的前后放置一光電門，

12、光電門前的水平面上放一質(zhì)量為mB的金屬物塊B，物塊的上表面中央固定一輕質(zhì)的遮光片?，F(xiàn)將小球向右拉至細(xì)線水平后靜止釋放，小球在最低點與物塊碰撞后反彈上升，測出小球反彈上升時細(xì)線的最大偏角為，光電門記錄的擋光時間為t，已知重力加速度為g。則(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測遮光片的寬度如圖乙所示，則遮光片的寬度d_mm；(2)小球與物塊的質(zhì)量大小關(guān)系為mA_mB(選填“”“”或“”)；(3)驗證小球與物塊在碰撞過程中動量守恒的表達(dá)式為_。(用字母mA、mB、L、d、t、g表示)創(chuàng)新點分析(1)利用光電門測物塊碰后的速度。(2)利用機(jī)械能守恒定律得出小球碰撞前后的速度。創(chuàng)新角度(四)實驗過程的創(chuàng)新4一同學(xué)采用如圖(a)所示的實驗裝置，設(shè)計了“驗證動量守恒定律”的實驗。實驗裝置中的斜面和水平面之間用很短的平滑曲面連接，物塊通過平滑曲面時速度大小不變。實驗步驟主要包括：選取兩塊表面粗糙程度相同的物塊A、B。將兩個粘扣分別釘?shù)絻晌飰K的側(cè)面上，使兩物塊相碰時能粘合在一起。讓物塊A從斜面上某一位置O處由靜止開始滑下，記下物塊A在水平面上停下的位置P(多次滑下以準(zhǔn)確確定位置P)，如圖(b)所示。在靠近斜面底端處放物塊B，并使帶有粘扣的一側(cè)朝左，標(biāo)出此時B所處位置M，讓物塊A從同一位置O處由靜止開始滑下，A、B碰撞后粘合在一起，標(biāo)出