2019-2020年高考物理实验专题特训（12）验证动量守恒定律

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1、2019-2020年高考物理实验专题特训（12）验证动量守恒定律一、实验目的1．验证一维碰撞中的动量守恒。2．探究一维弹性碰撞的特点。二、实验器材斜槽，大小相等、质量不同的小钢球两个，重垂线，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规。三、实验步骤(1)先用天平测出小球质量m1、m2。(2)如图1所示，安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽水平方向的末端．调节实验装置使两个相碰时处于同一水平高度，且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心联机与轨道末端的切线平行，以确保碰撞后的速度方向水平。(3)在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。(4)在白纸上记下重锤

2、线所指的位置O，它表示入射球被碰前的位置，如图所示。(5)先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处自由滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆，把所有的小球落点围在里面，圆心就是入射球不碰撞时的落地点P。(6)把被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从同一高度处自由滑下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤⑤求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。(7)用刻度尺量出线段、、的长度。把两小球的质量和相应的速度数值代入m1=m1+m2，看是否成立．(8)整理实验器材，放回原处。四、数据处理入射球、被碰球都是从同—高度开始做平抛运动，故它们平抛运动的时间都相同，设为t

3、，入射球从斜槽轨道上某—点由静止释放后，落在P点，它平抛运动的起点为斜槽轨道的末端，共平抛运动的水平位移为，水平速度v′=，入射球从斜槽轨道上的同一点由静止释放，与被碰球碰撞后分别落在M、N点，它们的水平速度分别为v1′=，v2′=，如果动量守恒，则应有m1v1=m1+m2，亦即m1=m1+m2，只要证明这个关系正确，就验证了机械能守恒。五、注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平。(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。(3)入射球质量应大于被碰球的质量。(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录所用自纸的位置要始终保持不变。斜槽末端必须水平，检验方法是把小球放在斜槽末

4、端平轨道上任何位置，看其能否保持静止状态．六、误差分析实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件。实验中两球球心高度不在同一水平面上，给实验带来误差．每次静止释放入射球的释放点越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小，应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差。本实验代入计算的量并不多，只有小球的质量和碰撞前后两个小球平抛的水平位移，因此质量的测量和水平位移的测量是产生误差的主要原因，应尽量准确。考点一　实验原理与操作[典例1]　(xx·北京高考)如图实161，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒

5、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。图实161(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________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A．小球开始释放高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的符号)A．

6、用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为__________[用(2)中测量的量表示]；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为________[用(2)中测量的量表示]。[答案]　(1)C　(2)ADE　(3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP　m1·OM2＋m2·ON＝m1·OP2[考点总结·要点谨记]1．考查实验原理[对应第(1)题](1)小球从同一点平抛，落地时间均相同。(2)可用小球做平

7、抛运动的水平射程作为小球平抛运动的初速度进行实验验证。考点二　数据处理与误差分析[例2]　(xx·全国卷Ⅱ)现利用图实165所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。图实165实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启