1、一、 考法分析和解题技法（一）考法分析热门考法考法1 实验原理与操作考法2 数据处理与误差分析考法3 创新实验设计（二）解题技法1. 实验原理与操作在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v，找出碰撞前的动量pm1v1m2v2及碰撞后的动量pm1v1m2v2，看碰撞前后动量是否守恒2. 数据处理（1）速度的测量方案一：滑块速度的测量：v.式中x为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，t为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间方案二：摆球速度的测量：v.式中h为小球释放时(或碰撞后摆起的)高度，h可用刻度尺测量(也可由量角器和摆长计算出)方案三：小车速度的测量
2、：v.式中x是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，t为小车经过x的时间，可由打点间隔算出（2）验证的表达式m1v1m2v2m1v1m2v2.方案四：验证的表达式为m1m1m23. 误差分析（1）系统误差主要来源于装置本身是否符合要求，即碰撞是否为一维碰撞实验是否满足动量守恒的条件：如气垫导轨是否水平，两摆球是否等大，利用长木板实验是否平衡掉摩擦力（2）偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量.4. 创新实验设计用斜槽结合平抛运动的知识验证动量守恒定律是本实验的主要考查方式，但创新实验不拘拟于课本还可用气垫导轨、等长悬线悬挂等大小球完成二、真题再现考例 (2014课标卷，T35)现利用图(a
3、)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(b)所示若实验允许的相对误差绝对值(|100%)最大为5%，本实
4、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】见解析设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由式有v2代入题给数据可得：v22.86 m/s设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为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p|100%联立式并代入有关数据，可得：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【考法】利用气垫导轨完成一维碰撞验证动量守恒定律，考查实验原理、数据处理与误差分析。三、试题预测预测1 如图所示，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
5、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)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)经测定，m1
6、45.0 g，m27.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如下图所示碰撞前后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_.实验结果说明，碰撞前后总动量的比值_.(4)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.(3)p1m1，p1m1联立可得p1p1OPOM44.8035.201411，p2m2则p1p2112.9故1.01.(4)其他条件不变，使ON最大，则m1、m2发生弹性碰撞，则其动量和能量均守恒，可得v2
7、，而v2，v0故ONOP44.80 cm76.80 cm.【答案】(1)C(2)ADE(3)142.91.01(4)76.80【考法】实验原理与操作、实验数据处理。 3.如图所示，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(2)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
8、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【答案】(1)C(2)ADE或DAE【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出的高度相同，故它们在空中的运动时间t相等，水平位移xv0t，即水平位移与初速度成正比，故实验中不需要测量时间，也就不需要测量桌面的高度H，只需要测量小球做平抛运动的射程，选项C正确(2)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出点的
9、高度相同，故它们在空中的运动时间t相等，水平位移xv0t，知v0，v1，v2，由动量守恒定律知m1v0m1v1m2v2，将速度表达式代入得m1m1m2，解得m1OPm1OMm2ON，故要完成的必要步骤是ADE或DAE.4.气垫导轨是常用的一种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，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用的实验步骤如下：a用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB.b调整气垫导轨，使导轨处于水平状态c在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡锁
10、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L1.e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_(3)利用上述实验数据写出被压缩弹簧的弹性势能大小的表达式为_【答案】(1)B右端到D的距离L2(2)mAmB (3) (2)A、B开始时静止，放开卡锁后两者均做匀速直线运动，总动量为零，A、B运动后动量大小相等，方向相反，即mAmB.(3)弹簧的弹性势能转化为A、B的动能，即5某同学用
11、如图所示的装置通过半径相同的A、B两球(mAmB)的碰撞来验证动量守恒定律对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是()A释放点越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，误差越小B释放点越低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C释放点越高，两球相碰时，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小【答案】C6在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，两小球的半径均为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是()A入射球与被碰
12、球最好采用大小相同、质量相等的小球B要验证的表达式是m1ONm1OMm2OPC要验证的表达式是m1OPm1OMm2OND要验证的表达式是m1(OP2r)m1(OM2r)m2ON【答案】C【解析】在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止反弹或静止，故选项A错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为m1OPm1OMm2ON，选项C对，B、D错7某同学用如图(甲)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
13、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次其中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(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(1)碰撞后B球的水平射程应取为_cm.(2)在以下选项中，本次实验不需要进行的测量是_A水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离BA球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C则量A球或B球的直径D测量A球与B球的质量(或两球质量之比)E测量G点相对于水平槽面的高度【答案】(1)64.7(64.065.0均对)
14、(2)CE8. 如图为“验证动量守恒定律”的实验装置 (1)下列说法中符合本实验要求的是_A入射球比靶球质量大或者小均可，但二者的直径必须相同B在同一组实验的不同碰撞中，每次入射球必须从同一高度由静止释放C安装轨道时，轨道末端必须水平D需要使用的测量仪器有天平、刻度尺和秒表(2)实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点，经多次释放入射球，在记录纸上找到了两球平均落点位置为M、P、N，并测得它们到O点的距离分别为OM、OP和ON.已知入射球的质量为m1，靶球的质量为m2，如果测得m1OMm2ON近似等于_，则认为成功验证了碰撞中的动量守恒【答案】(1)BC(2)m1OP【解析】(1)入射球
15、应比靶球质量大，A错；本题用小球水平位移代替速度，所以不用求出具体时间，所以不需要秒表，D错(2)若动量守恒，碰撞后两球的总动量应该等于不放靶球而让入射球单独下落时的动量，入射球单独下落时的动量可用m1OP表示9气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接(如图甲所示)，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz，由图可知：(1)A、B离开弹簧后，应该做_运动，已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_.(2)若不计此
16、失误，分开后，A的动量大小为_kgm/s，B的动量的大小为_kgm/s.本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是_【答案】(1)匀速直线A、B两滑块的第一个间隔(2)0.0180.018A、B两滑块作用前后总动量不变，均为010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，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
17、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之间在P6处在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s
18、67、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)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议：_.【答案】(1)(2)；m1(s452s56s34)(m1m2)(2s67s78s89)(3)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(其他合理答案也可)(3)若碰撞前后都做匀速运动则可提高实验的精确度 17如图1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：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置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
19、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；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_。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小球1质量应大于小球2的质量(2)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有_。AA、B两点间的
20、高度差h1BB点离地面的高度h2C小球1和小球2的质量m1、m2D小球1和小球2的半径r(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2所示。在水平槽末端与水平地面间放置一个斜面，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)。【答案】(1)ACD (2)C (4) (2)根据动量守恒得，所以除了测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量是小球1和小球2的质量m1、m2。(3)当所测物理量满足表达式，说明两球碰撞遵守动量守恒定律，由功能关系可知，只要成立，则机械能守恒，故若，说明碰撞过程中机械能守恒。(4)碰撞前，m1落在图中的P点，设其水平初速度为v1；小球m1和m2发生碰撞后，m1的落点在图中M点，设其水平初速度为v1，m2的落点是图中的N点，设其水平初速度为v2。 设斜面BC与水平面的倾角为，由平抛运动规律得：，；解得。同理，可见速度正比于，所以只要验证即可。