類型一　教材原型實(shí)驗(yàn)【例1】 如圖2，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。圖2(1)實(shí)驗(yàn)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(xiàng)前的符號(hào))，間接地解決這個(gè)問題。A.小球開始釋放高度hB.小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC.小球做平拋運(yùn)動(dòng)的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將入射球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜止于軌道的水平部分，再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相撞，并多次重復(fù)。接下來要完成的必要步驟是________。(填選項(xiàng)前的符號(hào))A.用天平測量兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B.測量小球m1開始釋放高度hC.測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD.分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE.測量平拋射程OM、ON(3)若兩球相碰前后的動(dòng)量守恒，其表達(dá)式可表示為________________[用(2)中測量的量表示]。答案　(1)C　(2)ADE　(3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP解析　(1)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，由H＝gt2知t＝，即小球的下落時(shí)間一定，則初速度v＝可用平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程來表示，即碰撞前后的速度可用水平射程來表示，選項(xiàng)C正確。(2)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是m1·OM＋m2·ON＝m1·OP，因此要測量兩個(gè)小球的質(zhì)量m1和m2以及它們的水平射程OM和ON，而要確定水平射程，應(yīng)先分別確定兩個(gè)小球落地的平均落點(diǎn)，沒有必要測量小球m1開始釋放的高度h和拋出點(diǎn)距地面的高度H。故應(yīng)完成的步驟是A、D、E。(3)若動(dòng)量守恒，應(yīng)有m1v1＋m2v2＝m1v0(v0是m1單獨(dú)下落離開軌道時(shí)的速度，v1、v2是兩球碰后m1、m2離開軌道時(shí)的速度)，又v＝，則有m1·＋m2·＝m1·，即m1·OM＋m2·ON＝m1·OP。【例2】 (2021·廣東惠州調(diào)研)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。在小車A的前端粘有橡皮泥，推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在正前方的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，裝置如圖3(a)所示，在小車A的后面連著紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木塊以平衡摩擦力。圖3(1)若打出的紙帶如圖(b)所示，并測得相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距(已標(biāo)在圖上)，A點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，則應(yīng)選________段來計(jì)算小車A碰撞前的速度，應(yīng)選________段來計(jì)算小車A和B碰后的共同速度(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。(2)已測得小車A(包括橡皮泥)的質(zhì)量m1＝0.4 kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.2 kg，則碰前兩小車的總動(dòng)量大小為________kg·m·s－1，碰后兩小車的總動(dòng)量大小為________________kg·m·s－1。(計(jì)算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)答案　(1)BC　DE　(2)0.420　0.417解析　(1)根據(jù)題述推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng)，然后與原來靜止在正前方的小車B相碰并粘在一起，繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，可知碰撞后整體運(yùn)動(dòng)的速度一定小于碰撞前小車A運(yùn)動(dòng)的速度，所以應(yīng)選BC段來計(jì)算小車A碰撞前的速度，應(yīng)選DE段來計(jì)算小車A和B碰后的共同速度。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源頻率為50 Hz，相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T＝0.02 s，用BC段求小車A碰撞前的速度為v0＝ m/s＝1.050 m/s，用DE段求小車A和B碰后的共同速度v＝ m/s＝0.695 m/s，碰前兩小車的總動(dòng)量大小為p1＝m1v0＝0.4×1.050 kg·m·s－1＝0.420 kg·m·s－1，碰后兩小車的總動(dòng)量大小為p2＝(m1＋m2)v＝(0.4＋0.2)×0.695 kg·m·s－1＝0.417 kg·m·s－1。類型二　實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新【真題示例3】 (2020·全國卷Ⅰ)某同學(xué)用如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證動(dòng)量定理，所用器材包括：氣墊導(dǎo)軌、滑塊(上方安裝有寬度為d的遮光片)、兩個(gè)與計(jì)算機(jī)相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖4(1)開動(dòng)氣泵，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，輕推滑塊，當(dāng)滑塊上的遮光片經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間________時(shí)，可認(rèn)為氣墊導(dǎo)軌水平。(2)用天平測砝碼與砝碼盤的總質(zhì)量m1、滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m2。(3)用細(xì)線跨過輕質(zhì)定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細(xì)線水平拉動(dòng)滑塊。(4)令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動(dòng)下從左邊開始運(yùn)動(dòng)，和計(jì)算機(jī)連接的光電門能測量出遮光片經(jīng)過A、B兩處的光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2及遮光片從A運(yùn)動(dòng)到B所用的時(shí)間t12。(5)在遮光片隨滑塊從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I＝________，滑塊動(dòng)量改變量的大小Δp＝__________(用題中給出的物理量及重力加速度g表示)。(6)某次測量得到的一組數(shù)據(jù)是：d＝1.000 cm，m1＝1.50×10－2 kg，m2＝0.400 kg，Δt1＝3.900×10－2 s，Δt2＝1.270×10－2 s，t12＝1.50 s，取g＝9.80 m/s2。計(jì)算可得I＝________N·s，Δp＝________kg·m·s－1(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)。(7)定義δ＝×100%，本次實(shí)驗(yàn)δ＝________%(保留1位有效數(shù)字)。答案　(1)大約相等　(5)m1gt12　m2  (6)0.221　0.212　(7)4解析　(1)當(dāng)氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊在導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動(dòng)，所以滑塊上的遮光片通過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間相等。(5)根據(jù)沖量的定義可得I＝m1gt12；根據(jù)動(dòng)量改變量的定義可得Δp＝m2－m2＝m2。(6)代入數(shù)據(jù)得I＝m1gt12＝1.50×10－2×9.80×1.50 N·s≈0.221 N·s；Δp＝m2＝0.400×1.000×10－2×kg·m/s≈0.212 kg·m/s。(7)根據(jù)定義可得δ＝×100%≈4%。?實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新：利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量定理。?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新：通過δ＝×100%求實(shí)驗(yàn)誤差。1.某物理興趣小組采用圖5甲所示氣墊導(dǎo)軌裝置，來驗(yàn)證滑塊碰撞過程中的動(dòng)量守恒定律，其主要實(shí)驗(yàn)步驟如下。圖5(1)用天平測得滑塊A、B(均包括擋光片)的質(zhì)量分別為m1、m2，用游標(biāo)卡尺測得擋光片的寬度均為d。某次用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度時(shí)，示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)d＝________mm。(2)充氣后，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的旋鈕，導(dǎo)軌左側(cè)放一個(gè)滑塊并向右輕推一下，滑塊通過兩個(gè)光電門時(shí)，擋光時(shí)間分別為0.04 s、0.03 s，則應(yīng)使導(dǎo)軌右端________(填“調(diào)高”或“調(diào)低”)，直至滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，通過兩個(gè)光電門時(shí)________，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平。(3)滑塊B放在兩個(gè)光電門之間，將滑塊A向左擠壓導(dǎo)軌架上的彈簧后再釋放，滑塊A一直向右運(yùn)動(dòng)，與光電門1相連的計(jì)時(shí)器的示數(shù)只有一個(gè)，為t1，與光電門2相連的計(jì)時(shí)器的示數(shù)有兩個(gè)，先后為t2、t3。(4)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若表達(dá)式________(用測得的物理量表示)成立，說明滑塊A、B碰撞過程中動(dòng)量守恒；若表達(dá)式________(僅用t1、t2和t3表示)成立，說明滑塊A、B碰撞過程中機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒。答案　(1)5.25　(2)調(diào)高　時(shí)間相等  (4)＝＋　＋＝解析　(1)由題意知，游標(biāo)卡尺讀數(shù)d＝5 mm＋0.05×5 mm＝5.25 mm。(2)同一滑塊通過兩個(gè)光電門，由v＝知，通過光電門的時(shí)間減少，說明在加速，導(dǎo)軌右端應(yīng)調(diào)高一點(diǎn)，直至兩個(gè)計(jì)時(shí)器顯示的時(shí)間相等，即說明滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌已調(diào)成水平。(4)滑塊A碰前速度v＝，碰后速度v1＝，滑塊B碰后速度v2＝，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，若表達(dá)式m1v＝m1v1＋m2v2，即＝＋成立，說明碰撞過程中動(dòng)量守恒；若表達(dá)式m1v2＝m1v＋m2v，即＝＋成立，聯(lián)立解得＋＝，說明碰撞過程中機(jī)械能和動(dòng)量均守恒。2.(2020·山東新高考模擬)2019年9月，我國成功完成了76 km/h高速下列車實(shí)車對撞試驗(yàn)，標(biāo)志著我國高速列車被動(dòng)安全技術(shù)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。某學(xué)習(xí)小組受此啟發(fā)，設(shè)計(jì)了如下的碰撞實(shí)驗(yàn)，探究其中的能量損耗問題，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6甲所示。該小組準(zhǔn)備了質(zhì)量分別為0.20 kg、0.20 kg、0.40 kg的滑塊A、B、C，滑塊A右側(cè)帶有自動(dòng)鎖扣，左側(cè)與穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)的紙帶相連，滑塊B、C左側(cè)均帶有自動(dòng)鎖扣，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率f＝50 Hz。調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置A、B兩個(gè)滑塊，啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，使滑塊A以某一速度與靜止的滑塊B相碰并粘合在一起運(yùn)動(dòng)，紙帶記錄的數(shù)據(jù)如圖乙所示；用滑塊C替代滑塊B，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，紙帶數(shù)據(jù)如圖丙所示。(1)根據(jù)紙帶記錄的數(shù)據(jù)，滑塊A與B碰撞過程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能為__________J，滑塊A與C碰撞過程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能為__________J。(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，被碰物體質(zhì)量增大，系統(tǒng)損失的動(dòng)能__________(填“增大”“減小”或“不變”)。圖6答案　(1)0.45　0.60　(2)增大解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率f＝50 Hz，周期T＝＝0.02 s，由題圖乙可知，碰撞前滑塊A的速度為vA＝×10－2 m/s＝3.0 m/s，A與B碰撞并粘合在一起后速度為vAB＝×10－2 m/s＝1.5 m/s。碰撞前滑塊A的動(dòng)能EkA＝mAv＝×0.20×3.02 J＝0.90 J，碰撞后滑塊A、B的總動(dòng)能EkAB＝(mA＋mB)v＝×(0.20＋0.20)×1.52 J＝0.45 J，A與B碰撞過程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能為ΔEk1＝EkA－EkAB＝0.90 J－0.45 J＝0.45 J。由題圖丙可知，A與C碰撞并粘合在一起后速度為vAC＝×10－2 m/s＝1.0 m/s。碰撞后滑塊A、C的總動(dòng)能EkAC＝(mA＋mC)v＝×(0.20＋0.40)×1.02 J＝0.30 J，A與C碰撞過程中系統(tǒng)損失的動(dòng)能為ΔEk2＝EkA－EkAC＝0.90 J－0.30 J＝0.60 J。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，被碰物體質(zhì)量增大，系統(tǒng)損失的動(dòng)能增大。 

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