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1、实验七：验证动量守恒定律,1实验原理：在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v，算出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，即可验证碰撞前后动量是,否守恒,智浪教育-普惠英才文库,2实验方案,实验需测量物体质量和速度，质量可用天平直接测量，测,速度的方案有：,(1)利用平抛运动测速度利用平抛运动下落高度相同时，水平速度与水平距离成正比此方案所用器材：斜槽，大小相等、质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规，三角板,(2)利用光电门测速度，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度此方案所用器材：气垫导轨、光电计时器
2、、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,智浪教育-普惠英才文库,(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S71,智浪教育-普惠英才文库,4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
3、，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,智浪教育-普惠英才文库,(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
4、、OP、ON的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1OPm1OMm2ON，看是否成立,智浪教育-普惠英才文库,(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.,智浪教育-普惠英才文库,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(,),C,Am1m2，r1r2Cm1m2，r1r2,Bm1m2，r1r2Dm1m2，r
5、1r2,智浪教育-普惠英才文库,(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,AC,m1OPm1OMm2ON,智浪教育-普惠英才文库,2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
6、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,智浪教育-普惠英才文库,甲,乙,图S73(1)碰撞后B球的水平射程应取为_.,智浪教育-普惠英才文库,(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
7、两球质量之比)E.测量G点相对水平槽面的高度,智浪教育-普惠英才文库,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置，可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7cm，因最后一位数字为估计值，所以允许误差0.1cm，因此64.6cm和64.8cm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：64.7,ABD,智浪教育-普惠英才文库,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
8、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,智浪教育-普惠英才文库,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),智浪教育-普惠英才文库,A用天平
9、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H,D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,智浪教育-普惠英才文库,(4)经测定，m145.0g，m27.5g，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,智浪教育-普惠英
10、才文库,(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.,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,智浪教育-普惠英才文库,智浪教育-普惠英才文库,答案：(1)C(2)ADE或DAE或DEA(3)m1OMm2ONm1OPm1OM2m2ON2m1OP2,(4)142.9,11
11、.01,(5)76.80,智浪教育-普惠英才文库,1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：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,智浪教育-普惠英才文库,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
12、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_,ACE,A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，复写纸不能移动E小球1的质量应大于小球2的质量,智浪教育-普惠英才文库,(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h1,BB点离地面的高度h2,m1OP2m1OM2m2ON2,C小球1和小球2的质量m1、m2,D小球1和小球2的半径r,m1OPm1OMm2ON,(3)当所测物理量满足表达式_(用所测物理量的字母表
13、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,智浪教育-普惠英才文库,(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S77,智浪教育-普惠英才文库,2(2010年珠海二模)如图S78所示，某同学利用
14、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：,智浪教育-普惠英才文库,(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
15、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_.,mAOP,mBOMmAON,图S78,智浪教育-普惠英才文库,A球碰后反弹回去，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,智浪教育-普惠英才文库,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
16、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,智浪教育-普惠英才文库,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,0.2abs3,0.2abs1,0.2ab(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,智浪教育-普惠英才文库,