【文档说明】(新课标版)高考物理一轮复习课件6.4实验验证动量守恒定律 (含解析).ppt，共(56)页，2.075 MB，由MTyang资料小铺上传

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6．4实验：验证动量守恒定律知识清单考点整合集中记忆一、实验目的验证碰撞中的动量守恒．二、实验原理在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1和m2及碰撞前、后物体的速度v1、v2及v′1、v′2，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞

后的动量p′＝m1v′1＋m2v′2，看碰撞前、后动量是否守恒．三、实验方案[方案一]用打点计时器验证动量守恒定律[方案二]用光电计时器验证动量守恒定律[方案三]用摆球的碰撞验证动量守恒定律[方案四]用“平抛法”验证动量守恒定律考点讲练考点突破针对训练考点一用打点计时器验证

动量守恒定律1．实验器材光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥．2．实验步骤(1)测质量：用天平测出两小车的质量．(2)安装：固定打点计时器，纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰

撞端分别装上撞针和橡皮泥．(3)实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动．(4)测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v＝ΔxΔt算出速度．(5)改变条件：改变碰撞条件，重复实验．(6)验证：两车碰撞前后动量守恒．某

实验小组同学为“验证动量守恒定律”设置实验装置如图甲所示，放在长木板上的小车A的前端粘有橡皮泥，现推动小车A使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，在小车A后连接纸带，电磁打点计时器电

源频率为50Hz.(1)下列说法正确的是________．A．需在长木板右端下面适当位置处垫放小木块用以平衡摩擦力B．实验中A车的质量必须大于B车的质量C．两车分别装上橡皮泥和撞针是为了碰撞后使两车粘

在一起D．实验时先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源(2)现获得一条纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上)．a为运动起始的第一点，则应选________段来计算A车的碰前速度，应选________段来计算A车和

B车碰后的共同速度(以上两空填“ab”或“bc”或“cd”或“de”)．(3)已测得小车A的质量m1＝0.35kg，小车B的质量m2＝0.18kg，由以上测量结果可得碰前总动量为________kg·m/s，碰后总动量为________kg·m/s.

由此该小组同学得出实验结论为________(计算结果保留三位有效数字)．【答案】(1)AC(2)bcde(3)1.101.08在误差允许的范围内，系统动量守恒【解析】(1)为保证碰撞前后小车匀速直线运动且碰

撞过程中动量守恒，因此实验中需要平衡摩擦力，A项正确；本实验中测量速度用的是打点计时器，因此碰撞后两小车必须粘在一起才能测出系统的末动量，所以C项正确；本实验中不需要满足小车A的质量大于小车B的质量，B项错误；打点计时器使用过程中应

先通电，后释放小车，D项错误．(2)从纸带上的点迹和数据看到，ab段表示小车A处于加速阶段，bc段表示小车A处于匀速运动阶段，cd段表示小车A与小车B处于碰撞缓冲阶段，de段表示小车A、B碰后一起做匀速直线运动，选bc段

来计算A的碰前速度，应选de段来计算小车A和小车B碰后的共同速度．(3)计算小车A碰撞前的速度v0＝0.31500.1m/s＝3.150m/s，碰撞前的总动量p初＝m1v0＝1.10kg·m/s，两车碰撞后的速度v

共＝0.20380.1m/s＝2.038m/s，碰撞后的总动量p末＝(m1＋m2)v共＝1.08kg·m/s，由此得出结论：在误差允许的范围内系统动量守恒．考点二用光电计时器验证动量守恒定律1．实验器材气垫导轨、光电计时器、天平、滑块(两个)、重物、弹簧片、

细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等．2．实验步骤(1)测质量：用天平测出滑块质量；(2)安装：安装好气垫导轨；(3)实验：接通电源，让滑块运动；(4)测速度：利用光电计时装置测出两滑块碰撞前后的速度；(5)验证：滑

块碰撞前后动量守恒．(2014·课标全国Ⅱ)现利用图甲所示的装置验证动量守恒定律．在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光

电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率为f＝50.0Hz.将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰

．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图乙所示．若实验允许的相对误差绝对值|碰撞前后总动量之差碰前总动量|×100%最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．【答案】见解析【解析】滑

块运动的瞬时速度大小v＝ΔsΔt①Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程．设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则ΔtA＝1f＝0.02s②ΔtA可视为很短．设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v

1.将②式和图给实验数据代入①式得v0＝2.00m/s③v1＝0.970m/s④设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝dΔtB⑤代入题给实验数据得v2＝2.86m/s⑥设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′，则p＝m1v0⑦p′＝m1v1＋m2v2⑧两滑

块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为δp＝|p－p′p|×100%⑨联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得δp＝1.7%<5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律．考点三用摆球的碰撞验证动量守恒定律1．实验器材带细线的摆球(两套)、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶

布等．2．实验步骤(1)测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2.(2)安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来．(3)实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰．(4)测速度：测量小球碰撞前后摆起的高度，根据v＝2gh算出碰撞前后小球的速度．(5)改变条

件：改变碰撞条件，重复实验．(6)验证：两球碰撞前后动量守恒．如图是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球

2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为

b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此处，(1)还需要测量的量是________、________和________．(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为________．(忽略小球的大小)【答案】(1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌

面高H(2)2m1·a－h＝2m1·b－h＋m2·cH＋h【解析】(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱

高h和桌面高H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量和立柱高h、桌面高H就能求出弹性球2的动量变化．(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程：2m1a－h＝2m1b－h＋m2

·cH＋h.考点四用“平抛法”验证动量守恒定律1．实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸等．2．实验步骤(1)测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球．(2)安装：按图所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端

水平．(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上在适当位置放好．记下重垂线所指的位置O.(4)放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次．用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心P就是小球落点的平均位置．(5)碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射

小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次．用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N.如图所示．(6)验证：测量线段OP、OM、ON的长度，将测量数据代入m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立

．3．注意事项(1)选质量较大的小球为入射小球．(2)注意调整斜槽，使斜槽末端水平．(3)每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下．如图甲所示，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，但可以通过仅测量_

_______(填选项前的符号)间接地解决这个问题．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(2)(多选)图中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)若两球相碰前后动量守恒，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，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示．碰撞前后m1的动量分别为p1与p′1，则p1∶p′1＝________∶11；若碰撞结束时m2的动量为

p′2，则p′1∶p′2＝11∶________．实验结果说明，碰撞前后总动量的比值p1p′1＋p′2＝________．乙(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.【答案】(1)C(2)ADE(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ONm1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2(4)142.91(1

～1.01均可)(5)76.8【解析】(1)小球碰前和碰后的速度都用平抛运动来测定，即v＝xt.而由H＝12gt2知，每次竖直高度相等，所以平抛时间相等，即m1OPt＝m1OMt＋m2ONt，则可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.故只需测射程，因而选C项．(2)由表达式知：在OP已知

时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤有A、D、E.(3)若为弹性碰撞，则满足动量守恒的同时满足动能守恒，则m1·OP＝m1·OM＋m2ON12m1(OPt)2＝12m1(OMt)2＋12m2(ONt)2可得m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2(4)p1＝m1·OPt，p′1＝m1·O

Mt联立可得p1∶p′1＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11，p′2＝m2·ONt则p′1∶p′2＝(m1·OMt)∶(m2·ONt)＝11∶2.9故p1p′1＋p′2＝m1·OPm1·OM＋m2·ON＝1.(5)其他条件不变，使ON最大，则m

1、m2发生弹性碰撞，则其动量和能量均守恒，可得v2＝2m1v0m1＋m2，而v2＝ONt，v0＝OPt故ON＝2m1m1＋m2·OP＝2×45.045.0＋7.5×44.80cm＝76.8cm.考点五实验拓展

与创新将上面四种基本方法进行组合、迁移，可以延伸出多种验证动量守恒的方法．(2018·浙江模拟)利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，步骤如下：①用天平测出滑块A、B的质量分别为200g和300g；②安装好气

垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；③向气垫导轨通入压缩空气；④把A、B两滑块放到导轨上，并给他们一个初速度，同时开始闪光照相，闪光的时间间隔设定为Δt＝0.2s，照片如图所示：结合实验过程和图像分析知：该图像

是闪光4次摄得的照片，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0～80cm刻度范围内；第一次闪光时，滑块A恰好通过x＝55cm处，滑块B恰好通过x＝70cm处；碰撞后有一个物体处于静止状态．设向右为正方向，试分析：(1)以上情况说明两滑块的碰撞发生

在第一次闪光后________s；(2)设向右为正方向，试分析碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是________，碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是________，以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是________．【答案】0.10.2－0.2质量与速度的乘积之和【解析】碰

撞后A向左做匀速运动，设其速度为vA′，所以有：vA′·Δt＝20，碰撞到第二次闪光时A向左运动10cm，时间为t′有：vA′·t′＝10，第一次闪光到发生碰撞时间为t，有：t＋t′＝Δt，得：t＝Δt2＝0.22s＝0.1s；设向右为正方向，碰撞前，

A的速度大小为：vA＝0.050.1m/s＝0.5m/s，B的速度为：vB＝－0.10.1m/s＝－1m/s，则碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和为：p1＝mBvB＋mAvA＝0.2×0.5kg·m/s－0.3×1kg·m/s＝－0.2

kg·m/s.碰撞后B静止，A速度为：vA′＝－0.20.2m/s＝－1m/s，则碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和为：p2＝－mAvA′＝－0.2×1kg·m/s＝－0.2kgm/s.以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是碰撞前后两物体的质量与速度的乘

积之和．用如图所示的装置进行以下实验：A．先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数μ，查出当地的重力加速度gB．用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边C．剪断细线，测出滑块B

做平抛运动落地点到重垂线的水平距离x1和滑块A沿桌面滑行的距离x2(1)为探究碰撞中的不变量，写出还需测量的物理量及表示它们的字母：________．(2)若mv为不变量，需验证的关系式为________．【答案】(1)桌面离水平地面的高度h(2)M2μgx2－mx1

g2h＝0【解析】(1)要找出碰撞中的不变量，应测出两滑块质量及各自的速度，取向右方向为正，剪断细线后，A向右做匀减速运动，初速度vA′＝2ax2＝2μgx2，B向左做平抛运动，设桌面高度为h，则h＝12gt2，x1＝vB′t，得vB′＝x1g2h.故要求出vB′，还应测出h

.(2)若mv为不变量，MvA′－mvB′＝0，即M2μgx2－mx1g2h＝0.(2018·陕西模拟)为了验证碰撞中的动量守恒定律，某物理探究小组设计了以下方案．质量为m的小球A通过长为h的细线悬挂在离地面高度也是h的O点，现在

把小球A移动到水平位置并把细线伸直由静止释放，同时在O点正下方A的原位置放置一个质量为M的滑块B，滑块和地面之间动摩擦因数为μ，小球A与滑块发生正碰后反弹高度为h1，滑块B沿水平方向运动的最大距离为x，不计空气阻力，重力加速度为g.(1)本实验需要准备的实验仪器有________、_______

_(填写仪器前的编号)；①天平②毫米刻度尺③秒表④火花式打点计时器(2)用题中提供的符号写出需要验证的表达式：________．【答案】(1)①，②(2)m1h＝m2x－m1h1【解析】(1)为了验证动量守恒，实验中应测量碰撞前后的速度和两物体的质量，因此实验中需

要用到天平和刻度尺；实验中不需要测量时间，故不需要秒表；同时实验中不需要用纸带来测量速度，故不需要用到打点计时器；(2)A向下摆动过程，根据机械能守恒定律可得：12m1v2＝m1gh解得：v＝2gh；碰撞后A反弹过程，根据动能定理得：1

2m1v12＝m1g·h1解得：v1＝2gh1，B碰后做减速运动，根据动能定理可知：－μm2gx＝－12m2v22解得碰后B的速度为：v2＝2gxA与B碰撞过程中，系统动量守恒，以v的方向为正方向，根据动量守恒定律得：m1v＝m2v2－m1v1代入并化简得：m1

h＝m2x－m1h1.某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验．在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽略不计，左侧为粗糙水平面，当地重力加速度大小为g.采用的实验步骤如下：A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；B．用天平分别测

出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的轻短弹簧，静止放置在平台上；D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；F．小球b从

平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；G．改变弹簧压缩量，进行多次测量．(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度为________mm.(2)该实验要验

证“动量守恒定律”，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即________＝________．(用上述实验所涉及物理量的字母表示)