1、考试标准知识内容必考要求加试要求实验19：探究碰撞中的不变量基本实验要求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，看碰撞前后动量是否相等.2.实验器材斜槽、小球(两个)、天平、直尺、复写纸、白纸、圆规等.3.实验步骤(1)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)按照实验原理图甲安装实验装置.调整、固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球，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
2、把小球所有的落点都圈在里面.圆心P就是小球落点的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端，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.如实验原理图乙所示.(6)连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1m1m2，看在误差允许的范围内是否成立.(7)整理好实验器材放回原处.(8)实验结论：在实验误差允许范围内，碰撞系统的动量守恒.规律方法总结1.数据处理验证表达式：m1m1m22.注意事项(1)斜槽末端的切线必须水平；(2)入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放
3、；(3)选质量较大的小球作为入射小球；(4)实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变.备课笔记：考点一实验原理与实验操作1.实验原理与实验操作某同学用如图1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球放在斜槽轨道末水平段的最右端上，让a球仍从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.图1(1)本实验必须测量的物理量有_.A.斜槽轨道末端距水平地面的高度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
4、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)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.答案(1)BE(2)AC(3)mamamb解析(1)B点是不发生碰撞时a球的落地点，A点是发生碰撞后a球的落地点，C点是碰后b球的落地点.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m
5、avBmavAmbvC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证mamamb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看ma和mamb在误差允许范围内是否相等.2.实验原理(多选)如图2在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是()图2A.悬挂两球的线长度要适当，且等长B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰
6、前的速度C.两小球必须都是刚性球，且质量相同D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动答案ABD解析两线等长能保证两球正碰，以减小实验误差，所以A正确；由于计算碰撞前速度时用到了mghmv20，即初速度为0，B正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C错误；两球正碰后，有各种运动情况，所以D正确.3.实验原理与实验操作气垫导轨是一种常用的实验仪器.它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦.我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图3所示(弹簧的长度忽略不计)，实验步骤如下：图3a.用天平分别测出滑块A、B的
7、质量mA、mBb.调整气垫导轨，使导轨处于水平c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，由电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1e.按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作.当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2(1)实验中还应测量的物理量是_.(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是_，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_(写出一条即可).答案(1)B的右端至D板的距离L2(2)mAmB0(或)测量时间、距离等存在误差(或气垫导轨不水平，合理
8、即正确)考点二实验数据处理4.实验数据处理现利用图4(a)所示的装置验证动量守恒定律.在图(a)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.图4实验测得滑块A的质量m10.310 kg，滑块B的质量m20.108 kg，遮光片的宽度d1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f50.0 Hz.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tB3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图
9、(b)所示.若实验允许的相对误差绝对值(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.答案见解析解析按定义，滑块运动的瞬时速度大小v为v式中s为滑块在很短时间t内走过的路程设纸带上相邻两点的时间间隔为tA，则tA0.02 stA可视为很短.设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将式和图给实验数据代入式可得v02.00 m/sv10.970 m/s设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由式有v2代入题给实验数据得v22.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的动量分别为p和p，则pm1v0pm1v1m2v2两滑块在碰撞前、后总动量相对误差的绝对值为p100%联立
10、式并代入有关数据，得p1.7%5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律.5.实验数据处理某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速直线运动.他设计的装置如图5甲所示.在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力.图5(1)若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距(已标在图上).A为运动的起点，则应选_段来计算A碰前的速度.应选_段来计算A和B碰后的共同速度(以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”
11、).(2)已测得小车A的质量m10.4 kg，小车B的质量为m20.2 kg，则碰前两小车的总动量为_ kgm/s，碰后两小车的总动量为_ kgm/s.答案(1)BCDE(2)0.4200.417解析(1)从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算小车A碰前的速度.从CD段打点的情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算A和B碰后的共同速度.(2)小车A在碰撞前速度v0 m/s1.050 m/s小车A在碰撞前的动量p0m1v00.41.050 kgm/s0.42
12、0 kgm/s碰撞后A、B的共同速度v m/s0.695 m/s碰撞后A、B的总动量p(m1m2)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s考点三实验拓展与创新6.实验拓展如图6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点下方桌子的边缘有一竖直立柱.实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高.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
13、桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外：图6(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桌面离水平地面的高度H(2)2m12m1m2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和桌面离水平地面的高度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、桌面离水平地面的高度H就能求出
14、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2m12m1m2.7.实验创新在验证动量守恒定律的实验中，某同学用如图7所示的装置进行如下的实验操作：图7先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于槽口处.使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O；将木板向远离槽口平移一段距离，再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上得到痕迹B；然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端，小球a仍从原来挡板处由静止释放，与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C；用天平测量a、b的质量分别为ma、mb，用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3.(1)小球a与小球b相碰后，两球撞在木板上得到痕迹A和C，其中小球a撞在木板上的_点(填“A”或“C”)；(2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒，其表达式为_(仅用ma、mb、y1、y2、y3表示).答案(1)C(2)解析(1)碰后vavb，所以a撞在木板上的C点.(2)由ygt2xv0t得v0x所以mavamavambvb即