實驗技能儲備
一、實驗原理
在一維碰撞中，測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、v1′、v2′，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后動量是否相等．
二、實驗方案及實驗過程
案例一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
1．實驗器材
氣墊導(dǎo)軌、數(shù)字計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等．
2．實驗過程
(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊的質(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．
(4)改變條件，重復(fù)實驗：
①改變滑塊的質(zhì)量；
②改變滑塊的初速度大小和方向．
(5)驗證：一維碰撞中的動量守恒．
3．數(shù)據(jù)處理
(1)滑塊速度的測量：v＝eq \f(Δs,Δt)，式中Δs為滑塊上擋光片的寬度(儀器說明書上給出，也可直接測量)，Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊(擋光片)經(jīng)過光電門的時間．
(2)驗證的表達式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.
案例二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒
1．實驗器材
斜槽、小球(兩個)、天平、復(fù)寫紙、白紙、圓規(guī)、鉛垂線等．
2．實驗過程
(1)測質(zhì)量：用天平測出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球為入射小球．
(2)安裝：按照如圖甲所示安裝實驗裝置．調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平．
(3)鋪紙：白紙在下，復(fù)寫紙在上且在適當位置鋪放好．記下鉛垂線所指的位置O.
(4)放球找點：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圈在里面．圓心P就是小球落點的平均位置．
(5)碰撞找點：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(同步驟(4)中的高度)自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實驗10次．用步驟(4)的方法，標出碰后入射小球落點的平均位置M和被撞小球落點的平均位置N，如圖乙所示 .
(6)驗證：連接ON，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：將實驗器材放回原處．
3．數(shù)據(jù)處理
驗證的表達式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.
三、注意事項
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)軌進行驗證，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時，應(yīng)確保導(dǎo)軌水平．
(2)若利用平拋運動規(guī)律進行驗證：
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同一高度由靜止釋放；
③選質(zhì)量較大的小球作為入射小球；
④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變．
考點一 教材原型實驗
考向1 研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒
例1 (2022·全國甲卷·23)利用圖示的實驗裝置對碰撞過程進行研究．讓質(zhì)量為m1的滑塊A與質(zhì)量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導(dǎo)軌上發(fā)生碰撞，碰撞時間極短，比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2，進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞．完成下列填空：
(1)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平；
(2)測得兩滑塊的質(zhì)量分別為0.510 kg和0.304 kg.要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應(yīng)選取質(zhì)量為________ kg的滑塊作為A；
(3)調(diào)節(jié)B的位置，使得A與B接觸時，A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等；
(4)使A以一定的初速度沿氣墊導(dǎo)軌運動，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2；
(5)將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復(fù)步驟(4)．多次測量的結(jié)果如下表所示；
(6)表中的k2＝________(保留2位有效數(shù)字)；
(7)eq \f(v1,v2)的平均值為______(保留2位有效數(shù)字)；
(8)理論研究表明，對本實驗的碰撞過程，是否為彈性碰撞可由eq \f(v1,v2)判斷．若兩滑塊的碰撞為彈性碰撞，則eq \f(v1,v2)的理論表達式為__________________(用m1和m2表示)，本實驗中其值為________________(保留2位有效數(shù)字)，若該值與(7)中結(jié)果間的差別在允許范圍內(nèi)，則可認為滑塊A與滑塊B在導(dǎo)軌上的碰撞為彈性碰撞．
答案 (2)0.304 (6)0.31 (7)0.32
(8)eq \f(v1,v2)＝eq \f(m2－m1,2m1) 0.34
解析 (2)用質(zhì)量較小的滑塊碰撞質(zhì)量較大的滑塊，碰后運動方向相反，故選質(zhì)量為0.304 kg的滑塊作為A.
(6)由于兩段位移大小相等，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可得k2＝eq \f(v1,v2)＝eq \f(t2,t1)＝eq \f(0.21,0.67)＝0.31.
(7)eq \f(v1,v2)的平均值為eq \x\t(k)＝eq \f(0.31＋0.31＋0.33＋0.33＋0.33,5)＝0.32.
(8)彈性碰撞時滿足動量守恒和機械能守恒，可得m1v0＝－m1v1＋m2v2
eq \f(1,2)m1v02＝eq \f(1,2)m1v12＋eq \f(1,2)m2v22
聯(lián)立解得eq \f(v1,v2)＝eq \f(m2－m1,2m1)，代入數(shù)據(jù)可得eq \f(v1,v2)＝0.34.
考向2 研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒
例2 (2023·福建省莆田二中模擬)在驗證動量守恒定律的實驗中，請回答下列問題：
(1)實驗記錄如圖乙所示，為測定A球不碰B時做平拋運動的落點的平均位置，把刻度尺的零刻度線跟記錄紙上的O點對齊，圖乙給出了小球A落點附近的情況，可得A的平均落點到O點的距離應(yīng)為________cm.
(2)小球A下滑過程中與斜槽軌道間存在摩擦力，這對實驗結(jié)果________產(chǎn)生誤差(填“會”或“不會”)．
(3)實驗裝置如圖甲所示，A球為入射小球，B球為被碰小球，以下有關(guān)實驗過程中必須滿足的條件正確的是________．
A．入射小球的質(zhì)量mA可以小于被碰小球的質(zhì)量mB
B．實驗時需要測量斜槽末端到水平地面的高度
C．入射小球每次不必從斜槽上的同一位置由靜止釋放
D．斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，且應(yīng)恰好靜止
(4)如果碰撞過程中系統(tǒng)機械能也守恒，根據(jù)圖中各點間的距離，下列式子成立的有________．
A．mA∶mB＝ON∶MP
B．mA∶mB＝OP∶MP
C．mA∶mB＝OP∶(MN－OM)
D．mA∶mB＝ON∶(MN－OM)
答案 (1)65.50 (2)不會 (3)D (4)AD
解析 (1)小球A落點，應(yīng)該取多次落點的平均落點，即用盡量小的圓把這些落點圈起來的圓心的位置，由題圖乙可得距離應(yīng)為65.50 cm.
(2)在題圖甲裝置中，只要保證小球A到達底端的速度相同即可，軌道有無摩擦對實驗結(jié)果不會產(chǎn)生誤差．
(3)入射小球的質(zhì)量mA不可以小于被碰小球的質(zhì)量mB，否則A球碰后反彈，故A錯誤；在實驗中不需要小球的下落高度，只要能保證高度相同，即可知道兩小球下落時間相同，故B錯誤；入射小球每次必從斜槽上的同一位置由靜止釋放，才能保證每次碰前的速度均相同，故C錯誤；斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處，應(yīng)能保持靜止，故D正確．
(4)兩球碰撞后，小球做平拋運動，由于小球拋出點的高度相等，它們在空中做平拋運動的時間t相等，小球做平拋運動的初速度vA＝eq \f(OP,t)，vA′＝eq \f(OM,t)，vB′＝eq \f(ON,t)
由動量守恒定律得mAvA＝mAvA′＋mBvB′
則mAeq \f(OP,t)＝mAeq \f(OM,t)＋mBeq \f(ON,t)，eq \f(mA,mB)＝eq \f(ON,OP－OM)＝eq \f(ON,MP)，故A正確，B錯誤；由系統(tǒng)機械能守恒得eq \f(1,2)mAvA2＝eq \f(1,2)mAvA′2＋eq \f(1,2)mBvB′2，代入速度表達式整理得mA(OP2－OM2)＝mBON2，又由eq \f(mA,mB)＝eq \f(ON,OP－OM)，聯(lián)立解得OP＋OM＝ON，故OM＝PN，由幾何關(guān)系得MN－OM＝MN－PN＝MP，則mA∶mB＝ON∶MP＝ON∶(MN－OM)，故D正確，C錯誤．
考點二 探索創(chuàng)新實驗
考向1 實驗裝置的創(chuàng)新
例3 如圖為驗證動量守恒定律的實驗裝置，實驗中選取兩個半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進行實驗：
①用天平測出兩個小球的質(zhì)量分別為m1和m2；
②安裝實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面BC連接在斜槽末端；
③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，標記小球在斜面上的落點位置P；
④將小球m2放在斜槽末端B處，仍讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標記小球m1、m2在斜面上的落點位置；
⑤用毫米刻度尺測出各落點位置到斜槽末端B的距離．圖中M、P、N三點是實驗過程中記下的小球在斜面上的三個落點位置，從M、P、N到B的距離分別為sM、sP、sN.依據(jù)上述實驗步驟，請回答下面問題：
(1)兩小球的質(zhì)量m1、m2應(yīng)滿足m1________m2(填“>”“＝”或“ (2)M N
(3)m1eq \r(sP)＝m1eq \r(sM)＋m2eq \r(sN)
(4)m1sP m1sM＋m2sN
解析 (1)為了防止入射小球碰撞后反彈，一定要保證入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，故m1>m2；
(2)碰撞前，小球m1落在題圖中的P點，由于m1>m2，當小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是題圖中M點，m2的落點是題圖中N點；
(3)設(shè)碰前小球m1的水平初速度為v1，當小球m1與m2發(fā)生碰撞后，小球m1落到M點，設(shè)其水平速度為v1′，m2落到N點，設(shè)其水平速度為v2′，斜面BC與水平面的傾角為α，由平拋運動規(guī)律得sMsin α＝eq \f(1,2)gt2，sMcs α＝v1′t，聯(lián)立解得v1′＝eq \r(\f(gsMcs2α,2sin α))，同理可得v2′＝eq \r(\f(gsNcs2α,2sin α))，v1＝eq \r(\f(gsPcs2α,2sin α))，因此只要滿足m1v1＝m1v1′＋m2v2′，即m1eq \r(sP)＝m1eq \r(sM)＋m2eq \r(sN).
(4)如果小球的碰撞為彈性碰撞，
則滿足eq \f(1,2)m1v12＝eq \f(1,2)m1v1′2＋eq \f(1,2)m2v2′2
代入以上速度表達式可得m1sP＝m1sM＋m2sN
故驗證m1sP和m1sM＋m2sN相等即可．
考向2 實驗方案的創(chuàng)新
例4 某物理興趣小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置．在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門，其右側(cè)摩擦很小，可忽略不計，左側(cè)為粗糙水平面．當?shù)刂亓铀俣却笮間.采用的實驗步驟如下：
A．在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；
B．用天平分別測出小滑塊a(含擋光片)和小球b的質(zhì)量ma、mb；
C．a(chǎn)和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的輕短彈簧(與a、b不連接)，靜止放置在平臺上；
D．細線燒斷后，a、b瞬間被彈開，向相反方向運動；
E．記錄滑塊a通過光電門時擋光片的遮光時間t；
F．小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面的B點，用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣鉛垂線與B點之間的水平距離s；
G．改變彈簧壓縮量，進行多次測量．
(1)用游標卡尺測量擋光片的寬度，如圖乙所示，則擋光片的寬度為________ mm.
(2)針對該實驗裝置和實驗結(jié)果，同學(xué)們做了充分的討論．討論結(jié)果如下：
①該實驗要驗證“動量守恒定律”，則只需驗證a、b彈開后的動量大小相等，即________＝________(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)；
②若該實驗的目的是求彈簧的最大彈性勢能，則彈簧的彈性勢能為________(用上述實驗所涉及物理量的字母表示)；
③改變彈簧壓縮量，多次測量后，該實驗小組得到xa與eq \f(1,t2)的關(guān)系圖像如圖丙所示，圖線的斜率為k，則平臺上A點左側(cè)與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)大小為________(用上述實驗數(shù)據(jù)字母表示)．
答案 (1)3.80 (2)①maeq \f(d,t) mbseq \r(\f(g,2h))
②eq \f(mad2,2t2)＋eq \f(mbs2g,4h) ③eq \f(d2,2kg)
解析 (1)擋光片的寬度d＝3 mm＋16×0.05 mm＝3.80 mm.
(2)①要驗證“動量守恒定律”，則應(yīng)該驗證mava＝mbvb，由滑塊a通過光電門可求va＝eq \f(d,t)，由b球離開平臺后做平拋運動，根據(jù)h＝eq \f(1,2)gt2，s＝vbt，整理可得vb＝seq \r(\f(g,2h))，因此需驗證的表達式為maeq \f(d,t)＝mbseq \r(\f(g,2h))；②彈性勢能大小為Ep＝eq \f(1,2)mava2＋eq \f(1,2)mbvb2，代入數(shù)據(jù)整理得Ep＝eq \f(mad2,2t2)＋eq \f(mbs2g,4h)；③根據(jù)動能定理可得μmgxa＝eq \f(1,2)mva2，而va＝eq \f(d,t)，聯(lián)立整理得xa＝eq \f(d2,2μg)·eq \f(1,t2)，故k＝eq \f(d2,2μg)，可得平臺A點左側(cè)與滑塊a之間的動摩擦因數(shù)μ＝eq \f(d2,2kg).
課時精練
1．(2023·云南省昆明一中高三檢測)某實驗小組在進行“驗證動量守恒定律”的實驗，入射球與被碰球半徑相同、質(zhì)量不等，且入射球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量．
(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(jié)果如圖甲所示，則直徑為________cm；
(2)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________(填選項前的字母)，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．小球做平拋運動的水平位移
D．小球的直徑
(3)實驗裝置如圖乙所示，先不放B球，使A球從斜槽上某一固定點C由靜止?jié)L下，再把B球靜置于水平槽前端邊緣處，讓A球仍從C處由靜止?jié)L下．記錄紙上的O點是鉛垂線所指的位置，M、P、N分別為落點的痕跡，未放B球時，A球落地點是記錄紙上的________點；放上B球后，B球的落地點是記錄紙上的________點；
(4)釋放多次后，取各落點位置的平均值，測得各落點痕跡到O點的距離：eq \x\t(OM)＝13.10 cm，eq \x\t(OP)＝21.90 cm，eq \x\t(ON)＝26.04 cm.用天平稱得入射小球A的質(zhì)量m1＝16.8 g，被碰小球B的質(zhì)量m2＝5.6 g．若將小球質(zhì)量與水平位移的乘積作為“動量”，請將下面的表格填寫完整．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
根據(jù)上面表格中的數(shù)據(jù)，你認為能得到的結(jié)論是____________________________；
(5)實驗中，關(guān)于入射小球在斜槽上釋放點的高低對實驗影響的說法中正確的是________．
A．釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小
B．釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度的測量越準確
C．釋放點越高，兩球相碰時，相互作用的內(nèi)力越大，碰撞前后動量之差越小，誤差越小
D．釋放點越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?，軌道對被碰小球的阻力越?br>答案 (1)2.14 (2)C (3)P N (4)3.66×10－3 在實驗誤差允許范圍內(nèi)，可認為系統(tǒng)在碰前和碰后的“動量”守恒 (5)C
解析 (1)球的直徑d＝21 mm＋4×0.1 mm＝21.4 mm＝2.14 cm.
(2)小球離開軌道后做平拋運動，因為小球拋出點的高度相等，它們在空中的運動時間相等，小球的水平位移與小球拋出的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，所以C正確．
(3)A球和B球相撞后，B球的速度增大，A球的速度減小，所以碰撞后A球的落地點距離O點最近，B球的落地點距離O點最遠，所以P點是未放B球時A球的落地點，N點是放上B球后B球的落地點．
(4)碰后“總動量”p′＝m1eq \x\t(OM)＋m2eq \x\t(ON)＝0.016 8×0.131 0 kg·m＋0.005 6×0.260 4 kg·m ≈3.66×10－3 kg·m
則可知碰撞前、后“總動量”近似相等，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，可認為系統(tǒng)在碰前和碰后的“動量”守恒．
(5)入射小球的釋放點越高，入射球碰撞前的速度越大，相撞時內(nèi)力越大，阻力的影響相對越小，可以較好地滿足動量守恒的條件，也有利于減小測量水平位移時的相對誤差，從而使實驗的誤差減小，C正確．
2．某同學(xué)設(shè)計了一個用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)做勻速運動，他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器所用的電源頻率為50 Hz，長木板下墊著小木片用以補償阻力．
(1)若已得到打點紙帶，測得各計數(shù)點間距如圖乙所示，A為運動起始的第一點，則應(yīng)選________段來計算A車的碰前速度，應(yīng)選________段來計算A車和B車碰后的共同速度．(以上兩空均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)
(2)已測得小車A的質(zhì)量m1＝0.40 kg，小車B的質(zhì)量m2＝0.20 kg，由以上測量結(jié)果可得，碰前總動量為______ kg·m/s；碰后總動量為____ kg·m/s(結(jié)果保留小數(shù)點后3位)．由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是：________________________________________________________.
答案 (1)BC DE (2)0.420 0.417 A、B碰撞過程中，在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒
解析 (1)小車A碰前運動穩(wěn)定時做勻速直線運動，所以選擇BC段計算A碰前的速度；兩小車碰后粘在一起仍做勻速直線運動，所以選擇DE段計算A和B碰后的共同速度．
(2) 碰前小車A的速度為v0＝eq \f(BC,t)＝eq \f(0.105 0,5×0.02) m/s＝1.050 m/s
則碰前兩小車的總動量為p＝m1v0＋0＝0.40×1.050 kg·m/s＝0.420 kg·m/s
碰后兩小車的速度為v＝eq \f(DE,t)＝eq \f(0.069 5,5×0.02) m/s＝0.695 m/s
則碰后兩小車的總動量為
p′＝(m1＋m2)v＝(0.40＋0.20)×0.695 kg·m/s＝0.417 kg·m/s
由上述實驗結(jié)果得到的結(jié)論是：A、B碰撞過程中，在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)動量守恒．
3．(2023·福建福州市模擬)某地中學(xué)生助手設(shè)計了一個實驗演示板做“探究碰撞中的不變量”的實驗，主要實驗步驟如下：
①選用大小為120 cm×120 cm的白底板豎直放置，懸掛點為O，并標上如圖所示的高度刻度；
②懸掛點兩根等長不可伸長的細繩分別系上兩個可視為質(zhì)點的A擺和B擺，兩擺相對的側(cè)面貼上雙面膠，以使兩擺撞擊時能合二為一，以相同速度一起向上擺；
③把A擺拉到右側(cè)h1的高度，釋放后與靜止在平衡位置的B擺相碰．當A、B擺到最高點時讀出擺中心對應(yīng)的高度h2；
回答以下問題：
(1)若A、B兩擺的質(zhì)量分別為mA、mB，則驗證動量守恒的表達式為________(用上述物理量字母表示)．
(2)把A擺拉到右側(cè)的高度為0.8 m，兩擺撞擊后一起向左擺到的高度為0.2 m，若滿足A擺質(zhì)量是B擺質(zhì)量的________倍，即可驗證系統(tǒng)動量守恒，從而可以得出A擺碰前初動能為碰后兩擺損失機械能的________倍．
答案 (1)mAeq \r(h1)＝(mA＋mB)eq \r(h2)
(2)1 2
解析 (1)由機械能守恒定律可得mAgh1＝eq \f(1,2)mAv12，得碰前速度v1＝eq \r(2gh1)，由(mA＋mB)gh2＝eq \f(1,2)(mA＋mB)v22，得碰后速度v2＝eq \r(2gh2)，根據(jù)動量守恒可知需要驗證的表達式為mAeq \r(h1)＝(mA＋mB)eq \r(h2).
(2)把數(shù)據(jù)代入上述驗證表達式可得mA＝mB，即若滿足A擺的質(zhì)量是B擺的質(zhì)量的1倍，即可驗證系統(tǒng)動量守恒；根據(jù)動量守恒定律有mAv1＝(mA＋mB)v2，根據(jù)能量守恒定律有eq \f(1,2)mAv12＝eq \f(1,2)(mA＋mB)v22＋ΔE，聯(lián)立解得ΔE＝eq \f(1,4)mAv12，即A擺碰前初動能為碰后兩擺損失機械能的2倍．
4．(2023·云南省昆明一中模擬)現(xiàn)利用圖(a)所示的裝置驗證動量守恒定律．在圖(a)中，氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊，滑塊A右側(cè)帶有一彈簧片，左側(cè)與連接打點計時器(圖中未畫出)的紙帶相連；滑塊B左側(cè)也帶有一彈簧片，上面固定一遮光片，光電計時器(未完全畫出)可以記錄遮光片通過光電門的時間．實驗測得滑塊A(包括彈簧片)的質(zhì)量m1＝0.310 kg，滑塊B(包括彈簧片和遮光片)的質(zhì)量m2＝0.108 kg，遮光片的寬度d＝1.00 cm，打點計時器所用交流電的頻率f＝50.0 Hz.將光電門固定在滑塊B的右側(cè)，啟動打點計時器，給滑塊A一向右的初速度，使它與B相碰．碰后光電計時器顯示的時間為ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的紙帶如圖(b)所示．
根據(jù)圖(b)中所標數(shù)據(jù)，可分析推斷出碰撞發(fā)生在________間， A滑塊碰撞前的速度為________ m/s，B滑塊碰撞前的速度為________ m/s, A滑塊碰撞后的速度為________ m/s，B滑塊碰撞后的速度為________ m/s.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
答案 EF 2.00 0 0.970 2.86
解析 由于A滑塊與氣墊導(dǎo)軌間的摩擦力非常小，所以除了碰撞過程，A滑塊運動過程因摩擦力產(chǎn)生的加速度非常小，在相同時間內(nèi)相鄰位移的差值也非常小，根據(jù)圖(b)中所標數(shù)據(jù)，可看出只有EF間的位移相比相鄰間的位移變化比較明顯，故碰撞發(fā)生在EF間； A滑塊碰撞前的速度為vA＝eq \f(sFG,T)＝eq \f(4.00×10－2,0.02) m/s＝2.00 m/s, B滑塊碰撞前的速度為0，A滑塊碰撞后的速度為vA′＝eq \f(sDE,T)＝eq \f(1.94×10－2,0.02) m/s＝0.970 m/s，B滑塊碰撞后的速度為vB′＝eq \f(d,ΔtB)＝eq \f(1.00×10－2,3.500×10－3) m/s≈2.86 m/s.
5．某同學(xué)利用如圖所示的裝置進行“驗證動量守恒定律”的實驗，操作步驟如下：
①在水平桌面上的適當位置固定好彈簧發(fā)射器，使其出口處切線與水平桌面相平；
②在一塊長平木板表面先后釘上白紙和復(fù)寫紙，將該木板豎直并貼緊桌面右側(cè)邊緣．將小球a向左壓縮彈簧并使其由靜止釋放，a球碰到木板，在白紙上留下壓痕P；
③將木板向右水平平移適當距離，再將小球a向左壓縮彈簧到某一固定位置并由靜止釋放，撞到木板上，在白紙上留下壓痕P2；
④將半徑相同的小球b放在桌面的右邊緣，仍讓小球a從步驟③中的釋放點由靜止釋放，與b球相碰后，兩球均撞在木板上，在白紙上留下壓痕P1、P3.
(1)下列說法正確的是________．
A．小球a的質(zhì)量一定要大于小球b的質(zhì)量
B．彈簧發(fā)射器的內(nèi)接觸面及桌面一定要光滑
C．步驟②③中入射小球a的釋放點位置一定相同
D．把小球輕放在桌面右邊緣，觀察小球是否滾動來檢測桌面右邊緣末端是否水平
(2)本實驗必須測量的物理量有________．
A．小球的半徑r
B．小球a、b的質(zhì)量m1、m2
C．彈簧的壓縮量x1，木板距離桌子邊緣的距離x2
D．小球在木板上的壓痕P1、P2、P3分別與P之間的豎直距離h1、h2、h3
(3)用(2)中所測的物理量來驗證兩球碰撞過程中動量是否守恒，當滿足關(guān)系式________時，則證明a、b兩球碰撞過程中動量守恒．
答案 (1)AD (2)BD (3)eq \f(m1,\r(h2))＝eq \f(m1,\r(h3))＋eq \f(m2,\r(h1))
解析 (1)小球a的質(zhì)量一定要大于小球b的質(zhì)量，以防止入射球碰后反彈，選項A正確；彈簧發(fā)射器的內(nèi)接觸面及桌面不一定要光滑，只要a球到達桌邊時速度相同即可，選項B錯誤；步驟②③中入射小球a的釋放點位置不一定相同，但是步驟③④中入射小球a的釋放點位置一定要相同，選項C錯誤；把小球輕放在桌面右邊緣，觀察小球是否滾動來檢測桌面右邊緣末端是否水平，選項D正確．
(2)小球離開桌面右邊緣后做平拋運動，設(shè)其水平位移為L，則小球做平拋運動的時間t＝eq \f(L,v0)
小球的豎直位移h＝eq \f(1,2)gt2
聯(lián)立解得v0＝Leq \r(\f(g,2h))
碰撞前入射球a的水平速度v1＝Leq \r(\f(g,2h2))
碰撞后入射球a的水平速度v2＝Leq \r(\f(g,2h3))
碰撞后被碰球b的水平速度v3＝Leq \r(\f(g,2h1))
如果碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，則m1v1＝m1v2＋m2v3
即m1·Leq \r(\f(g,2h2))＝m1·Leq \r(\f(g,2h3))＋m2·Leq \r(\f(g,2h1))，
整理得eq \f(m1,\r(h2))＝eq \f(m1,\r(h3))＋eq \f(m2,\r(h1))
則要測量的物理量是：小球a、b的質(zhì)量m1、m2和小球在木板上的壓痕P1、P2、P3分別與P之間的豎直距離h1、h2、h3，故選B、D.
(3)由以上分析可知當滿足關(guān)系式eq \f(m1,\r(h2))＝eq \f(m1,\r(h3))＋eq \f(m2,\r(h1))時，則證明a、b兩球碰撞過程中動量守恒．1
2
3
4
5
t1/s
0.49
0.67
1.01
1.22
1.39
t2/s
0.15
0.21
0.33
0.40
0.46
k＝eq \f(v1,v2)
0.31
k2
0.33
0.33
0.33
eq \x\t(OP)/m
eq \x\t(OM)/m
eq \x\t(ON)/m
碰前“總動量”
p/(kg·m)
碰后“總動量”
p′/(kg·m)
0.219 0
0.131 0
0.260 4
3.68×10－3
______

相關(guān)教案

高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗七驗證動量守恒定律 (含答案)：

這是一份高考物理一輪總復(fù)習(xí)實驗教案 實驗七驗證動量守恒定律 (含答案)，共11頁。

高中人教版 (2019)第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律獲獎教學(xué)設(shè)計及反思：

這是一份高中人教版 (2019)第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律獲獎教學(xué)設(shè)計及反思，共6頁。教案主要包含了教材分析，教學(xué)目標與核心素養(yǎng)，物理觀念，科學(xué)思維，科學(xué)探究，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，教學(xué)重點與難點，教學(xué)重點等內(nèi)容，歡迎下載使用。

(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)教案第6章實驗八《驗證動量守恒定律》(含詳解)：

這是一份(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)教案第6章實驗八《驗證動量守恒定律》(含詳解)，共20頁。

英語朗讀寶

相關(guān)教案 更多

物理必修 第一冊2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)設(shè)計

物理必修 第一冊2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)設(shè)計
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律精品教案設(shè)計

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律精品教案設(shè)計
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律教案及反思

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第一冊第一章 動量守恒定律4 實驗：驗證動量守恒定律教案及反思
人教版 (2019)選擇性必修 第一冊4 實驗：驗證動量守恒定律優(yōu)質(zhì)教案設(shè)計

人教版 (2019)選擇性必修 第一冊4 實驗：驗證動量守恒定律優(yōu)質(zhì)教案設(shè)計
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高考專區(qū)
歡迎來到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部