實(shí)驗(yàn)八驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證一維碰撞的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)在作用前后的動(dòng)量之和保持不變.二、實(shí)驗(yàn)原理在一維碰撞中,測(cè)出相碰的兩物體的質(zhì)量m1、m2和碰撞前、后物體的速度v1、v2、v'1、v'2,算出碰撞前的動(dòng)量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動(dòng)量p'=m1v'1+m2v'2,看碰撞前、后動(dòng)量是否相等.三、實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)過(guò)程案例一:研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥.2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出滑塊的質(zhì)量.(2)安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌,如圖所示.(3)實(shí)驗(yàn):接通電源,利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度.(4)改變條件,重復(fù)實(shí)驗(yàn):①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度大小和方向.(5)驗(yàn)證:一維碰撞中的動(dòng)量守恒.3.數(shù)據(jù)處理(1)滑塊速度的測(cè)量:v=ΔxΔt,式中Δx為滑塊上擋光片的寬度(儀器說(shuō)明書上給出,也可直接測(cè)量),Δt為數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示的滑塊(擋光片(2)驗(yàn)證的表達(dá)式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'.案例二:研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線等.2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)測(cè)質(zhì)量:用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量,并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?(2)安裝:按照如圖甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置.調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)鋪紙:白紙?jiān)谙?復(fù)寫紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好.記下鉛垂線所指的位置O.(4)放球找點(diǎn):不放被撞小球,每次讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下,重復(fù)10次.用圓規(guī)畫盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面.圓心P就是小球落點(diǎn)的平均位置.(5)碰撞找點(diǎn):把被撞小球放在斜槽末端,每次讓入射小球從斜槽同一高度,即步驟(4)中的高度自由滾下,使它們發(fā)生碰撞,重復(fù)實(shí)驗(yàn)10次.用步驟(4)的方法,標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被撞小球落點(diǎn)的平均位置N,如圖乙所示.(6)驗(yàn)證:連接ON,測(cè)量線段OP、OM、ON的長(zhǎng)度.將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表中,最后代入m1·OP=m1·OM+m2·ON,看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立.(7)整理:將實(shí)驗(yàn)器材放回原處.3.數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證的表達(dá)式:m1·OP=m1·OM+m2·ON.四、注意事項(xiàng)1.前提條件:碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”.2.案例提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)證,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí),應(yīng)確保導(dǎo)軌.

(2)若利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證:①斜槽末端的切線必須水平;②入射小球每次都必須從斜槽由靜止釋放;

③選質(zhì)量的小球作為入射小球;

④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變.1用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架,它們的上端裝有等寬的擋光片.(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平,借助光電門來(lái)檢驗(yàn)氣墊導(dǎo)軌是否水平的方法是

.

(2)為了研究?jī)苫瑝K所組成的系統(tǒng)在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下的動(dòng)量關(guān)系,實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行.第一次:將滑塊A置于光電門1的左側(cè),滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置.給A一個(gè)向右的初速度,通過(guò)光電門1的時(shí)間為Δt1,A與B碰撞后又分開(kāi),滑塊A再次通過(guò)光電門1的時(shí)間為Δt2,滑塊B通過(guò)光電門2的時(shí)間為Δt3.第二次:在兩彈性碰撞架的前端貼上雙面膠,同樣讓滑塊A置于光電門1的左側(cè),滑塊B靜置于兩光電門間的某一適當(dāng)位置.給A一個(gè)向右的初速度,通過(guò)光電門1的時(shí)間為Δt4,A與B碰撞后粘在一起,滑塊B通過(guò)光電門2的時(shí)間為Δt5.為完成該實(shí)驗(yàn),還必須測(cè)量的物理量有(填選項(xiàng)前的字母).

A.擋光片的寬度dB.滑塊A的總質(zhì)量m1C.滑塊B的總質(zhì)量m2D.光電門1到光電門2的距離L(3)在第二次實(shí)驗(yàn)中若滑塊A和B在碰撞的過(guò)程中動(dòng)量守恒,則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為(用已知量和測(cè)量量表示).

(4)在第一次實(shí)驗(yàn)中若滑塊A和B在碰撞的過(guò)程中機(jī)械能守恒,則應(yīng)該滿足的表達(dá)式為(用已知量和測(cè)量量表示).

[反思感悟]

2某同學(xué)用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn).先讓a球從斜槽軌道上某固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下,在水平地面上的記錄紙上留下壓痕,重復(fù)10次,再把同樣大小的b球靜止放在斜槽軌道水平段的最右端,讓a球仍從原固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下與b球相碰,碰后兩球分別落在記錄紙上的不同位置,重復(fù)10次.(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(選填選項(xiàng)前的字母).

A.實(shí)驗(yàn)時(shí),a、b兩個(gè)小球相碰后應(yīng)同時(shí)落地B.實(shí)驗(yàn)時(shí),a、b兩個(gè)小球的直徑可以不相同C.實(shí)驗(yàn)時(shí),入射球每次不必從斜槽上的同一位置由靜止釋放D.實(shí)驗(yàn)時(shí),斜槽末端的切線必須水平(2)實(shí)驗(yàn)必須測(cè)量的物理量是(選填選項(xiàng)前的字母).

A.a、b兩個(gè)小球的質(zhì)量ma、mbB.斜槽軌道末端到水平地面的高度HC.a球的固定釋放點(diǎn)到斜槽軌道末端的高度hD.a、b兩個(gè)小球離開(kāi)斜槽軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)的飛行時(shí)間E.記錄紙上O點(diǎn)到兩小球的平均落點(diǎn)A、B、C的距離(3)a球從固定點(diǎn)下滑過(guò)程中與斜槽軌道間存在摩擦力,這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(選填“有”或“無(wú)”)影響,理由是

.

(4)現(xiàn)以各球落點(diǎn)所在直線為x軸,以О為原點(diǎn),A、B、C三點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別為xA=0.4m,xB=1.0m,xC=1.2m,若碰撞的過(guò)程中動(dòng)量守恒,實(shí)驗(yàn)所用的小球直徑均為2cm,則a、b兩小球的質(zhì)量之比為.

[反思感悟]

驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的方法很多,可以用氣墊導(dǎo)軌還可以用等長(zhǎng)懸線懸掛等大的小球完成,用斜槽驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律是本實(shí)驗(yàn)主要的考查方式.隨著該部分由選考改為必考,相應(yīng)出現(xiàn)了一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn).創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新1.利用斜面上的平拋運(yùn)動(dòng)獲得兩球碰后的速度2.利用對(duì)比性實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的多樣性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1.利用動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒計(jì)算彈丸發(fā)射速度2.利用相對(duì)誤差評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.利用鋁質(zhì)導(dǎo)軌研究完全非彈性碰撞2.利用閃光照相機(jī)記錄立方體滑塊碰撞前后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,從而確定滑塊碰撞前后的速度實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新1.用壓縮彈簧的方式使兩滑塊獲得速度,可使兩滑塊的合動(dòng)量為零2.利用v=Lt的方式獲得滑塊彈離時(shí)的速度3.根據(jù)能量守恒定律測(cè)定彈簧的彈性勢(shì)能.3為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞,某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不相等的小球,按下述步驟做了如下實(shí)驗(yàn):①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量(分別為m1和m2,且m1>m2).②按照如圖所示的那樣,安裝好實(shí)驗(yàn)裝置.將斜槽固定在桌上,使槽的末端處的切線水平,將一斜面BC連接在斜槽末端.③先不放質(zhì)量為m2的小球,讓質(zhì)量為m1的小球從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下,記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置.④將質(zhì)量為m2的小球放在斜槽末端邊緣處,讓質(zhì)量為m1的小球從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下,使它們發(fā)生碰撞,記下兩小球在斜面上的落點(diǎn)位置.⑤用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)位置到斜槽末端點(diǎn)B的距離,圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置,到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D、LE、LF.(1)兩小球發(fā)生碰撞后,質(zhì)量為m1的小球落點(diǎn)是圖中的點(diǎn),質(zhì)量為m2的小球落點(diǎn)是圖中的點(diǎn).

(2)用測(cè)得的物理量來(lái)表示,只要滿足關(guān)系式,則說(shuō)明碰撞中動(dòng)量守恒.

(3)用測(cè)得的物理量來(lái)表示,只要再滿足關(guān)系式,則說(shuō)明兩小球的碰撞是彈性碰撞.

[反思感悟]

4如圖甲所示,沖擊擺是一個(gè)用細(xì)線懸掛著的擺塊,彈丸擊中擺塊時(shí)陷入擺塊內(nèi),使擺塊擺至某一高度,利用這種裝置可以測(cè)出彈丸的發(fā)射速度.實(shí)驗(yàn)步驟如下:①用天平測(cè)出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M;②將實(shí)驗(yàn)裝置水平放在桌子上,調(diào)節(jié)擺繩的長(zhǎng)度,使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi),并使擺塊擺動(dòng)平穩(wěn),同時(shí)用刻度尺測(cè)出擺長(zhǎng);③讓擺塊靜止在平衡位置,扳動(dòng)彈簧槍的扳機(jī),把彈丸射入擺塊內(nèi),擺塊和彈丸推動(dòng)指針一起擺動(dòng),記下指針的最大偏角;④多次重復(fù)步驟③,記錄指針最大偏角的平均值;⑤換不同擋位測(cè)量,并將結(jié)果填入下表.擋位平均最大偏角θ/度彈丸質(zhì)量m/kg擺塊質(zhì)量M/kg擺長(zhǎng)l/m彈丸的速度v/(m·s-1)低速擋15.70.007650.07890.2705.03中速擋19.10.007650.07890.2706.77高速擋0.007650.07890.2707.15完成下列填空:(1)現(xiàn)測(cè)得高速擋指針最大偏角如圖乙所示,請(qǐng)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:θ=度.

(2)用上述測(cè)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(shí)驗(yàn)誤差,每次實(shí)驗(yàn)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(duì)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(qǐng)寫出這樣做的一個(gè)理由:.

[反思感悟]

5[2023·紹興模擬](1)實(shí)驗(yàn)要求研究?jī)苫瑝K碰撞時(shí)動(dòng)能損失的各種情況,若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最大,則實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)選圖中的(選填“甲”或“乙”);若要求碰撞時(shí)動(dòng)能損失最小,則實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)選圖中的(選填“甲”或“乙”).(甲中兩滑塊分別裝有彈性圈,乙中兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥)

(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)