1、实验七 验证动量守恒定律热点一教材原型实验【典例1】某同学用如图所示的装置做验证动量守恒定律的实验。先将a球从斜槽轨道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端上，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次。(1)本实验必须测量的物理量有_。A.斜槽轨道末端到水平地面的高度HB.小球a、b的质量ma、mbC.小球a、b的半径rD.小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间tE.记录纸上O点到A、B、C各点的距离、F.a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h(2
2、)放上被碰小球b，两球(mamb)相碰后，小球a、b的落地点依次是图中水平面上的_点和_点。(3)某同学在做实验时，测量了过程中的各个物理量，利用上述数据验证碰撞中的动量守恒，那么判断的依据是看_和_在误差允许范围内是否相等。【解析】(1)B点是不发生碰撞时a球的下落点，A点是发生碰撞后a球的下落点，C点是碰后b球的下落点。设小球a运动到轨道末端时的速度大小为vB，与球b发生碰撞后的瞬时速度大小为vA，碰后b球的速度大小为vC，本实验就是要验证关系式mavB=mavA+mbvC是否成立，因为小球做平抛运动的高度相同，下落时间相同，它们在水平方向上位移与水平方向上的速度成正比，所以本实验也可以验
3、证ma=ma+mb是否成立，B、E正确。(2)两球碰撞后，a球在水平方向上的分速度较小，下落时间相同时，落地时的水平位移也较小，所以小球a、b的落地点依次是图中水平面上的A点和C点。(3)根据(1)的分析，判断两球碰撞过程中的动量是否守恒的依据是ma和ma+mb在误差允许范围内是否相等。答案：(1)B、E(2)AC(3)mama+mb【解题通法】验证动量守恒实验需要注意以下三点：(1)本实验考查验证动量守恒，要注意明确实验原理，知道实验中的注意事项，能根据两物体的运动情况分析应满足的条件，同时注意求瞬时速度的方法。(2)根据碰撞前后动量守恒可以写成表达式，若碰撞为弹性碰撞，则碰撞前后动能相同；
4、(3)根据实验数据，应用动量的定义式与动量守恒定律分析答题，注意掌握弹性碰撞时碰后速度公式可以牢记以准确应用。热点二创新型实验利用轨道和频闪照相【典例2】(2019安庆模拟)为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B，按下述步骤进行实验：步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜
5、槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。(1)由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置在_。P5、P6之间P6处P6、P7之间(2)为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是_。A、B两个滑块的质量m1和m2滑块A释放时距桌面的高度频闪照相的周期照片尺寸和实际尺寸的比例照片上测得的s45、s56和s67、s78照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式。(3)请你写出一
6、条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：。【创新点分析】(1)利用铝质导轨研究完全非弹性碰撞。(2)利用闪光照相机记录立方体滑块碰撞前后的运动规律，从而确定滑块碰撞前后的速度。【解析】(1)由题图可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处，又由于P6位置滑块速度明显减小，故A、B相撞的位置在P6处，故正确。(2)设碰撞前滑块A在P4、P5、P6的速度分别为v4、v5、v6，碰撞后，整体在P6、P7、P8的速度分别为v6、v7、v8，则v4=，v5=，又v5=，解得碰撞前滑块A速度v6=，同理，碰撞后整体的速度v6=，需要验证的方程为m1v6=(m1+m2)v6，将以上两式代入整理得m1(2s
7、56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89)，故需要直接测量的物理量是A、B两个滑块的质量m1和m2及s34、s45、s56和s67、s78、s89，故、正确。(3)提高实验准确度或改进实验原理的建议：使用更平整的轨道槽，轨道要平整，防止各段摩擦力不同，滑块做非匀变速运动。在足够成像的前提下，缩短频闪照相每次曝光的时间，碰撞时间很短，缩短频闪照相每次曝光的时间，使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。适当增大相机和轨道槽的距离，相机和轨道槽的距离较小时，由于镜头拍摄引起的距离误差增大，应适当增大相机和轨道槽的距离。将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动。答
8、案：(1)(2)m1(2s56+s45-s34)=(m1+m2)(2s67+s78-s89)(3)见解析(任意一条即可)利用冲击摆和弹丸【典例3】(2020郑州模拟)如图(a)所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。实验步骤如下：用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动，记下指针的最大偏角；多次重复步骤，记录指针最大偏角的平均值；
9、换不同挡位测量，并将结果填入表中。挡位平均最大偏角/度弹丸质量m/kg摆块质量M/kg摆长l/m弹丸的速度v/ms-1低速挡15.70.007 650.078 90.2705.03中速挡19.10.007 650.078 90.2706.77高速挡0.007 650.078 90.2707.15完成下列填空：(1)现测得高速挡指针最大偏角如图(b)所示，请将表中数据补充完整：=_。(2)用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v=_。(已知重力加速度为g)(3)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应预置指针，使其
10、偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由：_。【创新点分析】(1)利用动量守恒、机械能守恒计算弹丸的发射速度。(2)减小实验误差的措施，体现了物理知识和物理实验的实用性、创新性和综合性。【解析】(1)分度值为1，故读数为22.4(22.122.7均正确)。(2)弹丸射入摆块内，系统动量守恒：mv=(m+M)v摆块向上摆动，由机械能守恒定律得：(m+M)v2=(m+M)gl(1-cos )，联立解得：v=。(3)较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能(其他理由，如“摆块在推动指针偏转时要克服摩擦力做功”、“指针摆动较长的距离损失的机械能较多”等，只要合理即可)。答案：(1)22.4(22
11、.122.7均正确)(2)(3)较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能利用气垫导轨【典例4】某同学欲采用课本上介绍的气垫导轨和光电计时器等器材进行“验证动量守恒定律”的实验。实验装置如图所示，下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨和光电门，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平测得A和B两滑块上遮光片的宽度均为d得到A、B两滑块(包含遮光片)的质量m1、m2向气垫导轨通入压缩空气利用气垫导轨左右的弹射装置，使滑块A、B分别向右和向左运动，测出滑块A、B在碰撞前经过光电门过程中挡光时间分别为t1和t2观察发现滑块A、B碰撞后通过粘胶粘合在一起，运动方向与滑块B碰撞前运动方向相同，此后滑块A再次经过光电
12、门时挡光时间为t试解答下列问题：(1)碰撞前A滑块的速度大小为_，碰撞前B滑块的速度大小为_。(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证的关系式是：_ (用题中物理量表示)。(3)有同学认为利用此实验装置还能计算碰撞过程中损失的机械能。请用上述【实验过程】测出的相关物理量，表示出A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E=_。【创新点分析】(1)利用气垫导轨代替长木板，利用光电门代替打点计时器，提高实验的精确度。(2)利用相对误差评价实验结果。【解析】(1)碰撞前A滑块的速度大小为vA=，碰撞前B滑块的速度大小为vB=。(2)为了验证碰撞中动量守恒，需要验证关系式mBvB-mAvA=(mB+mA)v，其中碰后的共同速度v=，代入可得：-=。(3)A、B系统在碰撞过程中损失的机械能E=mA+mB-(mA+mB)v2，代入可得：E=+-。答案：(1)(2)-=(3)+-【创新角度】
