2013年高考物理 考前指導(dǎo) 驗證動量守恒定律

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1、2013年高考物理考前指導(dǎo) 驗證動量守恒定律 【實驗?zāi)康摹? 研究在彈性碰撞的過程中，相互作用的物體系統(tǒng)動量守恒． 【實驗原理】 利用圖-1的裝置驗證碰撞中的動量守恒，讓一個質(zhì)量較大的球從斜槽上滾下來，跟放在斜槽末端上的另一個質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞，兩球均做平拋運動．由于下落高度相同，從而導(dǎo)致飛行時間相等，我們用它們平拋射程的大小代替其速度．小球的質(zhì)量可以測出，速度也可間接地知道，如滿足動量守恒式m1v1=m1v1＇+m2v2＇，則可驗證動量守恒定律． 進(jìn)一步分析可以知道，如果一個質(zhì)量為m1，速度為v1的球與另一個質(zhì)量為m2，速度為v2的球相碰撞，碰撞后兩球的速度分別為v1＇和v2＇，

2、則由動量守恒定律有： m1v1+m2v2=m1v1＇+m2v2＇ 【實驗器材】 兩個小球（大小相等，質(zhì)量不等）；斜槽；重錘線；白紙；復(fù)寫紙；天平；刻度尺；圓規(guī)． 【實驗步驟】 1.用天平分別稱出兩個小球的質(zhì)量m1和m2； 圖-2 2.按圖-2安裝好斜槽，注意使其末端切線水平，并在地面適當(dāng)?shù)奈恢梅派习准埡蛷?fù)寫紙，并在白紙上記下重錘線所指的位置O點. 3.首先在不放被碰小球的前提下，讓入射小球從斜槽上同一位置從靜止?jié)L下，重復(fù)數(shù)次，便可在復(fù)寫紙上打出多個點，用圓規(guī)作出盡可能小的圓，將這些點包括在圓內(nèi)，則圓心就是不發(fā)生碰撞時入射小球的平均位置P點（圖-40）； 4.將被碰

3、小球放在斜槽末端上，使入射小球與被碰小球能發(fā)生正碰； 5.讓入射小球由某一定高度從靜止開始滾下，重復(fù)數(shù)次，使兩球相碰，按照步驟(3)的辦法求出入球落地點的平均位置M和被碰小球落地點的平均位置N； 6.過ON在紙上做一條直線，測出OM、OP、ON的長度； 7.將數(shù)據(jù)代入下列公式，驗證公式兩邊數(shù)值是否相等（在實驗誤差允許的范圍內(nèi)）：m1·OP=m1·OM+m2·ON 【注意事項】 1．“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件． 2．測定兩球速度的方法，是以它們做平拋運動的水平位移代表相應(yīng)的速度． 3．斜槽末端必須水平，檢驗方法是將小球放在平軌道上任何位置，看其能否都保持靜

4、止?fàn)顟B(tài)． 4．入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量． 5．入射球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下．方法是在斜槽上的適當(dāng)高度處固定一檔板，小球靠著檔板后放手釋放小球． 6．實驗過程中，實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變． 7．m1·OP=m1·OM+m2·ON式中相同的量取相同的單位即可． 【誤差分析】 誤差來源于實驗操作中，兩個小球沒有達(dá)到水平正碰，一是斜槽不夠水平，二是兩球球心不在同一水平面上，給實驗帶來誤差．每次靜止釋放入射小球的釋放點越高，兩球相碰時作用力就越大，動量守恒的誤差就越?。畱?yīng)進(jìn)行多次碰撞，落點取平均位置來確定，以減小偶然誤差． 下列一些原因可能使實驗

5、產(chǎn)生誤差： 1．若兩球不能正碰，則誤差較大； 2．斜槽末端若不水平，則得不到準(zhǔn)確的平拋運動而造成誤差； 3．O、P、M、N各點定位不準(zhǔn)確帶來了誤差； 4．測量和作圖有偏差； 5．儀器和實驗操作的重復(fù)性不好，使得每次做實驗時不是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)． 【2013高考突破】 1．(8分)在驗證碰撞中的動量守恒的實驗中，入射小球在斜槽軌道上釋放點的高低對實驗影響的下列說法正確的是 (　　) A．釋放點越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B．釋放點越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測量的相對誤差越小，兩球速度測量值越精確 C．釋放點越高，兩球相碰時，相互作

6、用的內(nèi)力越大，碰撞前后總動量之差越小，誤差越小 D．釋放點越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ叫? 2．(8分)現(xiàn)有下列A、B、C、D四個小球，在做“驗證動量守恒定律”的實驗時，入射小球、被撞小球應(yīng)分別選用 (　　) A．質(zhì)量20g，直徑為3.2cm B．質(zhì)量22g，直徑為3.0cm C．質(zhì)量為40g，直徑為2.0cm D．質(zhì)量為4g，直徑為2.0cm 3．(8分)在本實驗中，產(chǎn)生誤差的主要原因是 (　　) A．碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是絕對沿水平方向 B．小球在空氣中飛行時受到空氣阻力

7、C．通過復(fù)寫紙描得的各點，不是理想點，有一定的大小，從而帶來作圖上的誤差 D．測量長度時有誤差 4．(8分)做“驗證碰撞中的動量守恒”實驗中，稱得小球的質(zhì)量m1＝0.1kg，m2＝0.05kg，應(yīng)選________做入射小球．斜槽末端邊緣在白紙上的投影為O，碰撞前后兩球多次落點的平均位置分別為P、M、N，但N點的位置模糊不清．請你根據(jù)動量守恒和圖中的讀數(shù)判定N點的位置應(yīng)在________cm的刻度線上． 【解析】　根據(jù)入射球質(zhì)量大于被碰球質(zhì)量的實驗要求，應(yīng)選質(zhì)量為m1的小球做入射5．(8分)(1)“驗證動量守恒定律”的實驗裝置原來的教科書采用圖甲所示的方法，經(jīng)過編者修改后，現(xiàn)行的

8、教科書采用圖乙所示的方法．兩個實驗裝置的區(qū)別在于：①懸掛重垂線的位置不同；②圖甲中設(shè)計有一個支柱(通過調(diào)整，可使兩球的球心在同一水平線上；上面的小球被碰離開后，支柱立即倒下)，圖乙中沒有支柱，圖甲中的入射小球和被碰小球做平拋運動的拋出點分別在通過O、O′點的豎直線上，重垂線只確定了O點的位置，比較這兩個實驗裝置，下列說法正確的是 (　　) A．采用圖甲所示的實驗裝置時，需要測出兩小球的直徑 B．采用圖乙所示的實驗裝置時，需要測出兩小球的直徑 C．為了減小誤差，采用圖甲所示的實驗裝置時，應(yīng)使斜槽末端水平部分盡量光滑 D．為了減小誤差，采用圖乙所示的實驗裝置時，應(yīng)使斜槽末

9、端水平部分盡量光滑 (2)在做“驗證動量守恒定律”的實驗中： 如果采用(1)題圖乙所示裝置做實驗，某次實驗得出小球的落點情況如圖丙所示，圖中數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一，假設(shè)碰撞動量守恒，則碰撞小球質(zhì)量m1和被碰撞小球質(zhì)量m2之比m1m2________. 6．(12分)用如圖所示的裝置驗證動量守恒定律．質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為H的小支柱N上，O點到A球球心的距離為L，使懸線在A球釋放前張直，且線與豎直線的夾角為α.A球釋放后擺動到與豎直線夾角β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D.保持α角度不變，多次重復(fù)上述實驗，白紙上記錄到多個B球的

10、落點． (1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離． (2)為了驗證兩球碰撞過程動量守恒，應(yīng)測得________、________、________、________、________、________、________等物理量． (3)用測得的物理量表示碰撞前后A球、B球的動量：pA＝________，pA′＝________，pB＝________，pB′＝________. 7．(12分)在“驗證碰撞中的動量守恒”實驗中，讓質(zhì)量為m1的小球從斜面上某處自由滾下，與靜止在斜槽末端質(zhì)量為m2的小球發(fā)生對心碰撞，則 (1)兩小球質(zhì)量的關(guān)系

11、應(yīng)滿足 (　　) A．m1＝m2　　　　　　　　 B．m1>m2 C．m1

12、和m2相碰后飛出的水平距離 8．(12分)某同學(xué)用如圖所示的裝置做“驗證動量守恒定律”的實驗，先將球a從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下，在水平面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次，再把同樣大小的球b放在斜槽軌道水平端的最右端處靜止，讓球a仍從原來固定點由靜止開始滾下，且與b球相碰，碰后兩球分別落在記錄紙上的不同位置，重復(fù)10次． (1)確定小球的平均落點的方法是______________________． (2)放上被碰小球，兩球相碰后，小球a、b的平均落點位置依次是圖中的點________和點________． (3)a、b兩球在記錄紙

13、上留下的落點痕跡如圖所示，其中米尺的零點與O點對齊，則撞后b球的水平射程應(yīng)為________cm. (4)某同學(xué)在做該實驗時，不小心把a、b球位置換了，即把質(zhì)量較大的a球(質(zhì)量為ma)當(dāng)成了被碰球，把質(zhì)量較小的b球(質(zhì)量為mb)當(dāng)成了入射球．結(jié)果b球單獨滾下時，平均落點為C點，而b球與a球相碰后不能向前拋出，b球和a球平均落點分別為A點和B點(如圖所示)．該同學(xué)測出了相關(guān)的物理量，利用這些數(shù)據(jù)也能判斷碰撞中的動量守恒，判斷的依據(jù)是看________和________在誤差允許的范圍內(nèi)是否相等． 9．(12分)為了驗證碰撞中的動量是否守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過程中沒有機械

14、能損失)，某同學(xué)選取了兩個體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟進(jìn)行實驗． ①用天平測出兩個小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)． ②按照如圖所示，安裝好實驗裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端． ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置． ④將小球m2放在斜槽前端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和小球m2在斜面上的落點位置． ⑤用毫米刻度尺量出各個落點到斜槽末端點B的距離．上圖中D、E、F點是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個落點位置，到B點的距離分別為LD、L

15、E、LF. 根據(jù)該同學(xué)的實驗，回答下列問題： (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點是圖中的________點，m2的落點是圖中的________點； (2)用測得的物理量來表示，只要滿足關(guān)系式________，則說明碰撞中的動量是守恒的． 10．(12分)如圖所示，在實驗室用兩端帶有豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A和B做“探究碰撞中的守恒”的實驗，實驗步驟如下： ①把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放入一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)； ②按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞同時，電子計時器自動停表，記下A至C的運動時間t1，B至D的運動時間t2； ③重復(fù)幾次取t1和t2的平均值． (1)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時應(yīng)注意____________________； (2)應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有______________________； (3)只要關(guān)系式________成立， 即可得出碰撞中不變的量是mv的矢量和．