高考物理一轮复习讲义专题9.3 本专题实验（解析版）.docVIP

专题9.3本专题实验【讲】

【讲核心素养】

科学探究：验证动量守恒定律

通过实验，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。

【讲考点题型】

【知识点三】实验：验证动量守恒定律

一、实验原理

在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等．

二、实验方案及实验过程

方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验

1．实验器材

气垫导轨、数字计时器、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．

2．实验过程

(1)测质量：用天平测出滑块的质量．

(2)安装：正确安装好气垫导轨，如图所示．

(3)实验：接通电源，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．

(4)改变条件，重复实验：

①改变滑块的质量；

②改变滑块的初速度大小和方向．

(5)验证：一维碰撞中的动量守恒．

3．数据处理

(1)滑块速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx为滑块上挡光片的宽度(仪器说明书上给出，也可直接测量)，Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间．

(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.

方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验

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．实验过程

(1)测质量：用天平测出两小车的质量．

(2)安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把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，如图所示．

(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，把两小车连接成一个整体运动．通过纸带上两计数点间的距离及时间，算出速度．

(4)改变条件：改变碰撞条件，重复实验．

(5)验证：一维碰撞中的动量守恒．

3．数据处理

(1)小车速度的测量：v＝eq\f(Δx,Δt)，式中Δx是纸带上相邻两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出．

(2)验证的表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′.

方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验

1．实验器材

斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、圆规、铅垂线等．

2．实验过程

(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：按照如图甲所示安装实验装置．调整固定斜槽使斜槽底端水平．

(3)铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好．记下铅垂线所指的位置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(同步骤4中的高度)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，如图乙所示.

(6)验证：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m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立．

(7)整理：将实验器材放回原处．

3．数据处理

验证的表达式：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON.

三、注意事项

1．前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．

2．方案提醒

(1)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应确保导轨水平．

(2)若利用两小车相碰进行验证，要注意补偿阻力．

(3)若利用平抛运动规律进行验证：

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．

【例1】（2022·北京·首都师范大学附属中学三模）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。O是小球抛出时球心在地面上的垂直投影点，实验时，先让入射小球SKIPIF10多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其落地点的平均位置P，测量平抛水平射程OP。然后把被碰小球SKIPIF10静置于水平轨道的末端，再将入射小球SKIPIF10从斜轨上S位置由静止释放，与小球SKIPIF10相撞，多次重复实验，找到两小球落地的平均位置M、N。

（1）图2是小球SKIPIF10的多次落点痕迹，由此可确定其落点的平均位置对应的读数为_______cm。

（2）下列