驗證動量守恒定律
二、實驗原理
在一維碰撞中，測出物體的質(zhì)量m和碰撞前后物體的速度v、v′，找出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動量是否守恒．
三、實驗方案舉例
1．方案一：利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗
(1)測質(zhì)量：用天平測出滑塊質(zhì)量．
(2)安裝：正確安裝好氣墊導軌．如圖實-7-1所示：
圖實-7-1
(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(zhì)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：利用斜槽上滾下的小球驗證動量守恒定律
(1)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)按照如圖實-7-2所示安裝實驗裝置，調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平．
圖實-7-2
(3)白紙在下，復寫紙在上，在適當位置鋪放好．記下重垂線所指的位置O.
(4)不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復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)把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復實驗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和被碰小球落點的平均位置N.如圖實-7-3所示．
圖實-7-3
(6)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m1eq \x\t(OP)＝m1eq \x\t(OM)＋m2eq \x\t(ON)，看在誤差允許的范圍內(nèi)是否成立．
考點一| 實驗原理與操作
[母題] 如圖實-7-4，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(guān)系．
圖實-7-4
(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(zhì)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
(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為______________[用(2)中測量的量表示]；
若碰撞是彈性碰撞，那么還應滿足的表達式為________________[用(2)中測量的量表示]．
【解析】 (1)小球碰前和碰后的速度都用平拋運動來測定，即v＝eq \f(x,t).而由H＝eq \f(1,2)gt2知，每次豎直高度相等，平拋時間相等．即m1eq \f(OP,t)＝m1eq \f(OM,t)＋m2eq \f(ON,t)；則可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.故只需測量射程，因而選C.
(2)由表達式知：在OP已知時，需測量m1、m2、OM和ON，故必要步驟A、D、E.
(3)若為彈性碰撞，同時還滿足機械能守恒．
eq \f(1,2)m1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(OP,t)))2＝eq \f(1,2)m1eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(OM,t)))2＋eq \f(1,2)m2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(ON,t)))2
m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2.
【答案】 (1)C (2)ADE (3)m1·OM＋m2·ON＝m1·OP m1·OM2＋m2·ON2＝m1·OP2
[借題悟法·核心點撥]
[母題遷移]
某同學用如圖實-7-5甲所示的裝置通過半徑相同的A、B兩球(mA>mB)的碰撞來驗證動量守恒定律，圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．實驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡．重復上述操作10次，得到10個落點痕跡．再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下和B球碰撞，碰后A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡．重復這種操作10次．圖甲中O點是水平槽末端R在記錄紙上的豎直投影點．B球落點痕跡如圖乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零點與O點對齊．
甲 乙
圖實-7-5
(1)碰撞后B球的水平射程應取為________cm；
(2)在以下選項中，哪些是本次實驗必須進行的測量？________(填選項號)
A．水平槽上未放B球時，測量A球落點位置到O點的距離
B．A球與B球碰撞后，測量A球和B球落點位置到O點的距離
C．測量A球或B球的直徑
D．測量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比)
E．測量水平槽面相對于O點的高度
(3)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>【解析】 (1)如題圖所示，用盡可能小的圓把小球落點圈在里面，由此可見圓心的位置是65.7 cm.
(2)小球做平拋運動時飛行時間相同，所以可以用水平位移的大小關(guān)系表示速度的大小關(guān)系．實驗中要測量的數(shù)據(jù)有：兩小球的質(zhì)量m1、m2，三個落點到O點的距離x1、x2、x.所以應選A、B、D.
(3)入射小球的釋放點越高，入射小球碰前速度越大，相碰時內(nèi)力越大，阻力影響越小，可以較好地滿足動量守恒的條件，有利于減小誤差，故C正確．
【答案】 (1)65.7 (2)ABD (3)C
考點二| 數(shù)據(jù)處理與誤差分析
[母題] (2014·全國卷Ⅱ)現(xiàn)利用圖實-7-6(a)所示的裝置驗證動量守恒定律．在圖(a)中，氣墊導軌上有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的質(zhì)量m1＝0.310 kg，滑塊B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．

(a) (b)
圖實-7-6
若實驗允許的相對誤差絕對值
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(碰撞前后總動量之差,碰前總動量)))×100%))最大為5%，本實驗是否在誤差范圍內(nèi)驗證了動量守恒定律？寫出運算過程．
【解析】 按定義，滑塊運動的瞬時速度大小v為
v＝eq \f(Δs,Δt)①
式中Δs為滑塊在很短時間Δt內(nèi)走過的路程．
設(shè)紙帶上打出相鄰兩點的時間間隔為ΔtA，則
ΔtA＝eq \f(1,f)＝0.02 s②
ΔtA可視為很短．設(shè)滑塊A在碰撞前、后瞬時速度大小分別為v0、v1.將②式和圖給實驗數(shù)據(jù)代入①式得
v0＝2.00 m/s③
v1＝0.970 m/s④
設(shè)滑塊B在碰撞后的速度大小為v2，由①式有
v2＝eq \f(d,ΔtB)⑤
代入題給實驗數(shù)據(jù)得
v2＝2.86 m/s⑥
設(shè)兩滑塊在碰撞前、后的總動量分別為p和p′，則
p＝m1v0⑦
p′＝m1v1＋m2v2⑧
兩滑塊在碰撞前后總動量相對誤差的絕對值為
δp＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(p－p′,p)))×100%⑨
聯(lián)立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得
δp＝1.7%

相關(guān)試卷

(新高考)高考物理一輪復習課時加練第7章　微專題51　實驗：驗證動量守恒定律 (含解析)：

這是一份(新高考)高考物理一輪復習課時加練第7章　微專題51　實驗：驗證動量守恒定律 (含解析)，共6頁。

高中物理高考 第7章 實驗8　驗證動量守恒定律 2023年高考物理一輪復習(新高考新教材)：

這是一份高中物理高考 第7章 實驗8　驗證動量守恒定律 2023年高考物理一輪復習(新高考新教材)，共13頁。試卷主要包含了60 cm，OB＝25，8,35等內(nèi)容，歡迎下載使用。

(全國版)高考物理一輪復習講義第7章 實驗七 驗證動量守恒定律(含解析)：

這是一份(全國版)高考物理一輪復習講義第7章 實驗七 驗證動量守恒定律(含解析)，共8頁。

英語朗讀寶

相關(guān)試卷 更多

(新高考)高考物理一輪復習第7章實驗8《驗證動量守恒定律》 (含解析)

(新高考)高考物理一輪復習第7章實驗8《驗證動量守恒定律》 (含解析)
高考物理一輪復習實驗7驗證動量守恒定律含答案

高考物理一輪復習實驗7驗證動量守恒定律含答案
高考物理一輪復習實驗搶分練7驗證動量守恒定律含答案

高考物理一輪復習實驗搶分練7驗證動量守恒定律含答案
2022版高考物理一輪復習訓練：第6章 實驗7 驗證動量守恒定律

2022版高考物理一輪復習訓練：第6章 實驗7 驗證動量守恒定律
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