2019年高考物理13個搶分實驗 專題7.1 驗證動量守恒定律搶分精講.doc

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實驗7.1 驗證動量守恒定律 【高考導航】 搶分題型 ◎題型1 實驗原理與操作 ◎題型2 實驗數(shù)據(jù)處理 ◎題型3　實驗改進　拓展創(chuàng)新 實驗目的 驗證動量守恒定律。 實驗原理 質量和的兩個小球（可視為質點）發(fā)生正碰，若碰前小球運動，小球靜止，根據(jù)動量守恒定律有，因小球從斜槽上滾下后做平拋運動，由平拋運動只是可知，只要小球下落高度相同，在落地前運動時間就相同，則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位，在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離，因此只要測出小球的質量和兩球碰撞前后飛出的水平距離，帶入公式就可驗證動量守恒定律，即 題型1　實驗原理與操作 例1　如圖所示，用“碰撞實驗器”可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系． (1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通過僅測量________(填選項前的符號)，間接地解決這個問題． A．小球開始釋放高度h B．小球拋出點距地面的高度H C．小球做平拋運動的射程 (2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影．實驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP. 然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復．接下來要完成的必要步驟是________．(填選項前的符號) A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2 B．測量小球m1開始釋放高度h C．測量拋出點距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、N E．測量平拋射程OM、ON 答案　(1)C　(2)ADE或DAE 針對訓練： 某同學用如圖12所示的裝置做驗證動量守恒定律的實驗．先將a球從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平地面上的記錄紙上留下壓痕，重復10次；再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右端上，讓a球仍從固定點由靜止開始滾下，和b球相碰后，兩球分別落在記錄紙的不同位置處，重復10次． 圖12 (1)本實驗必須測量的物理量有________． A．斜槽軌道末端距水平地面的高度H B．小球a、b的質量ma、mb C．小球a、b的半徑r D．小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時間t E．記錄紙上O點到A、B、C各點的距離、、 F．a(chǎn)球的固定釋放點到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h (2)放上被碰小球b，兩球(ma>mb)相碰后，小球a、b的落地點依次是圖中水平面上的________點和________點． (3)某同學在做實驗時，測量了過程中的各個物理量，利用上述數(shù)據(jù)驗證碰撞中的動量守恒，那么判斷的依據(jù)是看________和________在誤差允許范圍內是否相等． 答案　(1)BE　(2)A　C (3)ma　　ma＋mb 題型2　實驗數(shù)據(jù)處理 例2　在用如圖甲所示的裝置研究碰撞中的動量守恒的實驗中①用游標卡尺測量直徑相同的入射球與被碰球的直徑，測量結果如圖乙所示，該球直徑為________cm.②實驗中小球的落點情況如圖丙所示，入射球A與被碰球B的質量比mA∶mB＝3∶2，則實驗中碰撞結束時刻兩球動量大小之比pA∶pB＝________. 答案　2.14　1∶2 解析　根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則，該球的直徑為2.14 cm；＝＝＝＝. 針對訓練： 某同學設計了一個用電磁打點計時器驗證動量守恒定律的實驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速直線運動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速直線運動．他設計的裝置如圖甲所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器所用電源頻率為50 Hz，長木板下墊著薄木片以平衡摩擦力． (1)若已測得打點紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點間距(已標在圖上)．A為運動的起點，則應選________段來計算A碰前的速度．應選________段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩空選填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”)． (2)已測得小車A的質量m1＝0.4 kg，小車B的質量為m2＝0.2 kg，則碰前兩小車的總動量為________kgm/s，碰后兩小車的總動量為________kgm/s. 答案：(1)BC　DE　(2)0.420　0.417 解析：(1)從分析紙帶上打點的情況看，BC段既表示小車做勻速運動，又表示小車有較大速度，因此 碰撞后A、B的總動量p＝(m1＋m2)v＝(0.2＋0.4)0.695 kgm/s＝0.417 kgm/s 題型3　實驗改進　拓展創(chuàng)新 用斜槽結合平拋運動的知識驗證動量守恒定律是本實驗的主要考查方式，但創(chuàng)新實驗不拘擬于課本還可用氣墊導軌、等長懸線懸掛等大小球完成． 1．方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗 (1)測質量：用天平測出滑塊質量． (2)安裝：正確安裝好氣墊導軌． (3)實驗：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質量．②改變滑塊的初速度大小和方向)． (4)驗證：一維碰撞中的動量守恒． 2．方案二：利用等長懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實驗 (1)測質量：用天平測出兩小球的質量m1、m2. (2)安裝：把兩個等大小球用等長懸線懸掛起來． (3)實驗：一個小球靜止，拉起另一個小球，放下時它們相碰． (4)測速度：可以測量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對應小球的速度，測量碰撞后小球擺起的角度，算出碰撞后對應小球的速度． (5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗． (6)驗證：一維碰撞中的動量守恒． 例3　(1)利用氣墊導軌通過閃光照相進行“探究碰撞中的不變量”這一實驗．實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞時動能損失最大應選下圖中的________(填“甲”或“乙”)，若要求碰撞動能損失最小則應選下圖中的________(填“甲”或“乙”)．(甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥) (2)某次實驗時碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運動并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如圖所示．已知相鄰兩次閃光的時間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0～80 cm范圍內，且第1次閃光時，滑塊A恰好位于x＝10 cm處．若A、B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的________時刻，A、B兩滑塊質量比mA∶mB＝________. 答案　(1)乙　甲　(2)2.5T　2∶3 解析　(1)若要求碰撞時動能損失最大，則需兩物體碰撞后結合在一起，故應選圖中的乙；若要求碰撞時動能損失最小，則應使兩物體發(fā)生完全彈性碰撞，即選圖中的甲． (2)由圖可知，第1次閃光時，滑塊A恰好位于x＝10 cm處，第二次A在x＝30 cm處，第三次A在x＝50 cm處，碰撞在x＝60 cm處．從第三次閃光到碰撞的時間為，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的2.5T時刻．設碰前A的速度為v，則碰后A的速度為，B的速度為v，根據(jù)動量守恒定律可得mAv＝－mA＋mBv，解得＝. 針對訓練： 氣墊導軌是常用的一種實驗儀器．它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦．我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示(彈簧的長度忽略不計)，采用的實驗步驟如下： a．用天平分別測出滑塊A、B的質量mA、mB. b．調整氣墊導軌，使導軌處于水平狀態(tài)． c．在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡鎖鎖定，靜止放置在氣墊導軌上． d．用刻度尺測出A的左端至C板的距離L1. e．按下電鈕放開卡鎖，同時使分別記錄滑塊A、B運動時間的計時器開始工作．當A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時停止計時，記下A、B分別到達C、D的運動時間t1和t2. (1)實驗中還應測量的物理量是________． (2)利用上述測量的實驗數(shù)據(jù)，驗證動量守恒定律的表達式是__________________． (3)利用上述實驗數(shù)據(jù)寫出被壓縮彈簧的彈性勢能大小的表達式為__________________． 答案：(1)B右端到D的距離L2 (2)mA＝mB (3) mA＝mB. (3)彈簧的彈性勢能轉化為A、B的動能，即