专题六实验七验证动量守恒定律

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1、专题六实验七验证动量守专题六实验七验证动量守恒定律恒定律(1)质量分别为m1 和m2的两小球发生正碰，若碰前m1 运动，m2 静止，根据动量守恒定律应有m1v1m1v1m2v2.(2)各小球在同一高度做平抛运动，运动时间相等，则动量守恒时有m1OPm1OMm2ON.(见图 S71)3利用平抛运动测速度的实验原理图 S714利用平抛运动测速度的实验步骤(1)先用天平测出小钢球质量 m1、m2.(2)按要求安装好实验装置，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前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度，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

2、写纸(4)在白纸上记下重锤线所指的位置 O，它表示入射小球m1碰前的球心竖直投影的位置(5)先不放被碰小球，让入射小球从斜槽上同一高度处滚下，重复 10 次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置 P.(6)把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，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)过 O、N 在纸上作一直线，取 OO2r，O就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影的位置(8)用刻度尺量出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入 m1OPm1

3、OMm2ON，看是否成立(9)整理实验器材放回原处5利用平抛运动测速度实验的注意事项(1)斜槽末端必须水平(2)入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下(3)白纸铺好后不能移动(4)入射小球的质量应大于被碰小球的质量，即 m1m2，且r1r2r.1如图 S72 所示为实验室中验证动量守恒的实验装置示意图.图 S72(1)若入射小球质量为 m1，半径为 r1；被碰小球质量为 m2，半径为 r2，则()CAm1m2，r1r2Cm1m2，r1r2Bm1m2，r1r2Dm1m2，r1r2(2)为完成此实验，以下所提供的测量工具中必需的是_(填下列对应的字母)A直尺C天平 B游标卡尺D秒表(3)设入射小球

4、的质量为 m1，被碰小球的质量为 m2，P 为碰前入射小球落点的平均位置，则关系式_(用 m1、m2 及图中字母表示)成立，即表示碰撞中动量守恒ACm1OPm1OMm2ON2某同学用图 S73 甲中所示装置通过半径相同的 A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律图中 PQ 是斜槽，QR 为水平槽实验时先使 A 球从斜槽上某一固定位置 G 由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作 10 次，得到 10 个落点痕迹再把 B 球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让 A 球仍从位置 G 由静止开始滚下，和 B 球碰撞后，A、B 球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作 10 次，实

5、验图中 O 点是水平槽末端 R 在记录纸上的垂直投影点B 球落点痕迹如图S73乙所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O 所在的平面，米尺的零点与 O 点对齐甲乙图 S73(1)碰撞后 B 球的水平射程应取为_.(2)在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：_(填选项号)A.水平槽上未放 B 球时，测量 A 球落点位置到 O 点的距离B.A 球与 B 球碰撞后，测量 A 球落点位置到 O 点的距离C.测量 A 球或 B 球的直径D.测量 A 球和 B 球的质量(或两球质量之比)E.测量 G 点相对水平槽面的高度的值选项是必要的解析：(1)将10 个点圈在内的最小圆的圆心作为落点平均位

6、置，可由刻度尺测得碰撞后 B 球的水平射程为64.7 cm，因最后一位数字为估计值，所以允许误差0.1 cm，因此64.6 cm和64.8 cm也是正确的(2)从同一高度做平抛运动的物体飞行时间t 相同，所以需要测出的量有：不碰时A 球的水平射程，碰后A 球的水平射程，B球碰后的水平射程，mA、mB的大小或mAmB答案：64.7ABD题型实验过程的考查和实验结论的应用【例题】(2011 年北京卷)如图 S74，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系(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

7、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图 S74(2)图 S74 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)

8、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(4)经测定，m145.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距 O 点的距离如图 S75 所示碰撞前后 m1 的动量分别为p1 与 p1，则 p1p1_11；若碰撞结束时 m2 的动量为 p2，则 p1p211_.实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值 p1p1p2为_图 S75(5)有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其他条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大请你用(4)中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON的最大值为_cm

9、.解析：(1)在落地高度不变的情况下，水平位移就能反映平抛初速度的大小，所以，仅测量小球做平抛运动的射程就能间接测量速度(2)测量平均落点的位置，找到平抛的水平位移，因此步骤中D、E 是必须的，而且D 先E 后，至于用天平测质量先后均可答案：(1)C(2)ADE 或 DAE 或 DEA(3)m1OMm2ONm1OP m1OM2m2ON2m1OP2(4)14 2.911.01(5)76.801用半径相同的小球 1 和小球 2 的碰撞验证动量守恒定律，实验装置如图 S76 所示，斜槽与水平槽圆滑连接安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重锤线所指的位置 O.接下来的实验步骤如下：

10、步骤 1：不放小球 2，让小球 1 从斜槽上 A 点由静止滚下，并落在地面上重复多次，用尽可能小的圆把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；图 S76步骤 2：把小球 2 放在斜槽前端边缘位置 B，让小球 1 从 A点由静止滚下，使它们碰撞重复多次，并使用与步骤 1 同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤 3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置 M、P、N 离 O 点的距离，即线段 OM、OP、ON 的长度(1)对于上述实验操作，下列说法正确的是_ACEA应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B斜槽轨道必须光滑C斜槽轨道末端必须水平D实验过程中，白纸可以移动，复写

11、纸不能移动E小球 1 的质量应大于小球 2 的质量(2)本实验除需测量线段 OM、OP、ON 的长度外，还需要C测量的物理量有_AA、B 两点间的高度差 h1BB 点离地面的高度 h2m1OP2 m1OM2 m2ON2C小球 1 和小球 2 的质量 m1、m2D小球 1 和小球 2 的半径 rm1OPm1OMm2ON(3)当所测物理量满足表达式_(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律如果还满足表达式_(用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞时无机械能损失(4)完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图 S77 所示在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面

12、的顶点与水平槽等高且无缝连接使小球 1 仍从斜槽上 A点由静止滚下，重复实验步骤 1 和 2 的操作，得到两球落在斜面上的平均落点 M、P、N.用刻度尺测量斜面顶点到 M、P、N三点的距离分别为 l1、l2、l3.则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_(用所测物理量的字母表示)图 S772(2010 年珠海二模)如图S78 所示，某同学利用半径相同、质量较小的 A 球和质量较大的 B 球来探究动量守恒定律，图中 QR 为水平槽实验时，他让 A 球从斜槽上某一固定位置G由静止滚下，落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹，重复上述操作 10 次；再把 B球放在水平槽末端，让 A 球仍从位置G由静止滚

13、下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自落点的痕迹，重复操作 10 次图中的O是水平槽末端的垂直投影点用天平称量出两球的质量，用米尺测量出各球落点的平均位置到 O点的距离，如下表：mA/gmB/gOM/cmON/cmOP/cm10.040.039.3054.8598.29(1)根据表中的数据分析可得：M 点是 B 球的落点，则 N 点是 A 球在_的落点，P 点是 A 球在_的落点(填“碰撞前”或“碰撞后”)碰撞后碰撞前(2)取小球做平抛运动的时间为单位时间，用 mA、mB 和图中字母表示碰撞前的总动量 p1_，碰撞后的总动量 p2_.mAOPmBOMmAON图 S78A 球碰后反弹回

14、去，在轨道上运动的过程中，要克服摩擦力做功而消耗机械能，它再次运动到斜槽末端时，速度较碰撞后小，因此(mBOMmAON)比 mAOP要大(3)将表中数据代入发现 p1_(填“大于”、“等于”或“小于”)p2，其主要原因是：_.小于1(2009 年四川卷)气垫导轨(如图 S79 甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为 a 的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打图 S79图 S79 乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的 6 个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度 s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为_、_，两滑块的总动量大小为_；碰撞后两滑块的总动量大小为_重复上述实验，多做几次若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证0.2abs30.2abs10.2ab(s1s3)0.4abs2点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为 b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动结束结束