2025秋高考物理复习专题六动量实验七验证动量守恒定律课件（44页PPT）

(共44张PPT)
实验七　验证动量守恒定律
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p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p'=m1v1'+m2v2'，看碰撞前后动量是否守恒.
2.实验器材
斜槽，大小相等、质量不同的小钢球两个，铅垂线，白纸，复写纸，天平，刻度尺，圆规.
3.注意事项
（1）前提条件：保证碰撞是一维的，即保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动.
（2）进行实验：入射球质量要大于被碰球质量，即m1>m2，防止碰后m1被反弹.
4.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：
①碰撞是否为一维碰撞.
②实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板在实验中是否平衡了摩擦力等.
（2）偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量.
（3）减小误差的措施.
①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件.
②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差.
命题一　课标教材原型实验　［基础考查］
例1　（2024年新课标卷）某同学用如图所示的装置验证动量守恒定律.将斜槽轨道固定在水平桌面上，轨道末段水平，右侧端点在水平木板上的垂直投影为O，木板上叠放着白纸和复写纸.实验时先将小球a从斜槽轨道上Q处由静止释放，a从轨道右端水平飞出后落在木板上；重复多次，测出落点的平均位置P与O点的距离xP.将与a半径相等的小球b置于轨道右侧端点，再将小球a从Q处由静止释放，两球碰撞后均落在木板上；重复多次，分别测出a、b两球落点的平均位置M、N与O点的距离xM、xN.
完成下列填空：
（1）记a、b两球的质量分别为ma、mb，实验中须满足条件ma　　　（填“>”或“<”）mb.
（2）如果测得的xP、xM、xN、ma和mb在实验误差范围内满足关系式　　　　 　　　 　， 则验证了两小球在碰撞中满足动量守恒定律.实验中，用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，依据是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
>
maxP=maxM+mbxN
小球飞出后做平抛运动，由于下落高度一定，故下落时间一定，而小球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比
【解析】（1）为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求两球半径相同且ma>mb.
（2）如果碰撞过程中系统动量守恒，则满足关系式mav0=mava+mbvb，上式两边同时乘下落时间t，有mav0t=mavat+mbvbt，可得maxP=maxM+mbxN.小球飞出后做平抛运动，由于下落高度一定，故下落时间一定，而小球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比，可以用小球落点与O点的距离来代替小球水平飞出时的速度，从而验证动量守恒定律.
变式1　小羽同学用图甲所示装置验证动量守恒定律（水平地面依次铺有复写纸和白纸）.
实验时，先让入射球mA，多次从斜轨上C位置由静止释放；然后，把被碰小球mB静置于轨道的末端，再将入射小球mA从斜轨上C位置由静止释放，与小球mB相撞，多次重复此步骤，用最小圆圈法分别找到小球的平均落点M、P、N，图中O点为小球抛出点在水平地面上的垂直投影.
（1）关于此碰撞实验，下列说法正确的是　　　　.
A.复写纸和白纸依次铺好后，实验过程中白纸的位置不能再移动
B.需要分别测量A球或B球的直径
C.入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同
D.需要测量A球和B球的质量mA和mB
AD
（2）为了减少实验误差，有同学提出斜槽倾斜部分的轨道应尽量光滑，你认为这种说法对吗？并再提出一种减少实验误差的方法：
　　　　　　　　　 　　　　　　　　　.
（3）如图乙所示，测量出平均水平位移OM、OP、ON的长度x1、x2、x3，若两球相碰前后的总动量守恒，碰撞属于弹性碰撞，则x1、x2、x3之间的关系表达式可表示为　　　　　　　　.
不正确.斜槽末端必须要调成水平；多次实验取小球落地的平均落地点；选择质量较大且半径较小的小球做实验等（任选一种即可）　
x2+x1=x3
【解析】（1）复写纸和白纸依次铺好后，实验过程中白纸的位置不能再移动，A正确；该实验中两球从同一点抛出，则不需要测量A球或B球的直径，B错误；为防止入射球碰后反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，为保证两球正碰，则两球大小要相同，C错误；实验要验证的关系是mAv0=mAv1+mBv2.两球碰后均做平抛运动，落地时间相同，则水平位移与速度成正比，则要验证的关系式是mAOP=mAOM+mBON，则实验中需要测量A球和B球的质量mA和mB，D正确.
命题二　实验拓展创新　［创新考查］
设计创新
（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
器材创新
（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
过程创新
例2　（2024年山东卷）在第四次“天宫课堂”中，航天员演示了动量守恒实验.受此启发，某同学使用如图甲所示的装置进行了碰撞实验.气垫导轨两端分别安装a、b两个位移传感器，a测量滑块A与它的距离xA，b测量滑块B与它的距离xB.部分实验步骤如下：
①测量两个滑块的质量，分别为200.0 g和400.0 g；
②接通气源，调整气垫导轨水平；
③拨动两滑块，使A、B均向右运动；
④导出传感器记录的数据，绘制xA、xB随时间变化的图像，分别如图乙、丙所示.
（1）从图像可知两滑块在t=　　　　s时发生碰撞.
（2）滑块B碰撞前的速度大小v=　　　　m/s（保留2位有效数字）.
（3）通过分析，得出质量为200.0 g的滑块是　　　　（填“A”或“B”）.
1.0
0.20
B
变式2　（2024年广州一模）如图甲，光电门1、2固定在气垫导轨上，滑块A静置于光电门1左侧，滑块B静置于光电门1、2之间，现用该装置验证A、B碰撞前后系统动量守恒.完成下列相关实验内容.
（2）实验操作
①调节气垫导轨水平：接通气源，仅将A放置于光电门1的左侧，轻推A，若遮光片通过光电门1的遮光时间大于通过光电门2的遮光时间，则需要适当　　　　（填“升高”“降低”）导轨左端，反复调节使气垫导轨水平；
②再将A、B如图甲放置，轻推A，使A、B碰撞并粘在一起，记录Δt1、Δt2的值；
③重复步骤②，多次实验，记录多组Δt1、Δt2数据.
0.49
是
见解析
知识巩固练
1.用如图甲所示的装置验证动量守恒定律.
（本栏目对应学生用书P395~396）
（1）为了减小实验误差，下列做法正确的是　　　.
A.两球的质量和半径都一样大
B.多次将A球从不同的高度释放
C.保证斜槽末端的切线水平
D.减小斜槽对小球A的摩擦
C
（2）图乙是B球的落点痕迹，刻度尺的“0”刻线与O点重合，可以测出碰撞后B球的水平射程约为_________cm.
（3）本次实验必须进行测量的是　　　　.
A.水平槽上未放B球时，A球的落点位置到O点的距离
B.A球与B球碰撞后，A球和B球的落点位置到O点的距离
C.A球与B球下落的时间
D.A球和B球的质量（或两球质量之比）
64.45
ABD
2.（2024年中山模拟）某实验小组用如图所示的实验装置验证动量守恒定律，桌面上固定一斜面，斜面末端与桌面平滑连接，小球A从斜面上静止释放会运动到桌面上，之后可以从紧贴桌面的边缘开始做平抛运动，如果事先在桌面边缘处放一形状相同的小球B，则小球A将与小球B发生对心碰撞.按下述步骤进行实验.
①用天平测出A、B两小球的质量，分别为m1 和m2 ；
②按图安装好实验装置并调整桌面水平、桌面上先不放小球B，将小球A从斜面上的某位置由静止释放，之后小球从桌面边缘开始做平抛运动，在水平地面的记录纸上留下压痕，重复实验多次，记下平均落地点为P；
③将小球B放在桌面边缘，将小球A从斜面上的某一位置由静止释放，之后与小球B发生碰撞，碰撞之后两球从桌面边缘开始做平抛运动，在水平地面的记录纸上留下压痕，重复实验多次，记下小球A、B的平均落地点分别为M、N；
④已知桌面边缘在记录纸上的投影位置为O点，用毫米刻度尺量出OP、OM和ON.
根据该实验小组的测量，回答下列问题：
（1）在本实验中下列说法正确的是　　　　.
A.每次从斜面上释放小球A的位置必须为同一位置
B.小球A的质量可小于小球B的质量
C.小球A与斜面、桌面之间动摩擦因数越小，实验系统误差越小
D.用画圆法确定小球落地点时，需要用尽量小的圆把所有落点圈起来，圆心即为小球的平均落地点
A
m1OP=m1OM+m2ON　
　3　
OP+OM=ON
【解析】（1）只需保证每次从斜面上同一位置释放小球A即可保证小球A每次做平抛运动的初速度相同，A正确；为了保证碰撞过程中小球A不被反弹，小球A的质量必须大于小球B的质量，B错误；让小球A从斜面上同一位置运动下来的目的是为了获得一个固定的初速度，而系统误差的大小与它们之间的动摩擦因数无关，C错误；用画圆法确定小球落地点时，需要用尽量小的圆把所有有效落点圈起来，圆心即为小球的平均落地点，而并非所有的落点，D错误.
3.如图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点下方桌子的边沿有一竖直立柱.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点离水平桌面的距离为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.
（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）.
弹性球1、2的质量m1、m2
立柱高h
桌面高H
综合提升练
4.（2024年佛山期中）某学习小组利用气垫导轨通过闪光照相“探究完全非弹性碰撞中的不变量”，气垫导轨装置如图甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.
（1）为达成实验目的，需要在滑块上安装辅助装置，则本实验需要安装的辅助装置应选择下图中的　　　（填“乙”或“丙”）（图乙两滑块分别装有弹性圈，图丙两滑块分别装有撞针和橡皮泥）.
丙
（2）某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示.
已知相邻两次闪光的时间间隔为0.1 s，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0~80 cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10 cm处.若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计.设向右方向为正方向，滑块A碰前和碰后的速度大小分别为　　　　m/s、　　　　m/s，A、B两滑块质量比mA∶mB=　　　　.
2.0
1.3
13∶7
5.某实验小组同学制作了一个弹簧弹射装置，轻弹簧两端各放一个金属小球（小球与弹簧不连接），压缩弹簧并锁定，然后将锁定的弹簧和两个小球组成的系统放在内壁光滑的金属管中（管径略大于两球直径），金属管水平固定在离地面一定高度处，如图所示.解除弹簧锁定，则这两个金属小球可以同时沿同一直线向相反方向弹射.现要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，并探究弹射过程所遵循的规律，实验小组配有足够的基本测量工具，并按下述步骤进行实验：
①用天平测出两球质量分别为m1、m2；
②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；
③解除弹簧锁定弹出两球，记录下两球在水平地面上的落点M、N.
根据该小组同学的实验，回答下列问题：
（1）要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需要测量的物理量有　　　　.
A.弹簧的压缩量Δx
B.两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2
C.小球直径
D.两球从弹出到落地的时间t1、t2
B
（2）根据测量结果，可得弹性势能的表达式为　 .
（3）用测得的物理量来表示，如果满足关系式　　　　　　　　　　，则说明弹射过程中系统动量守恒.
m1x1=m2x2
【解析】（1）弹簧弹出两球过程中，系统机械能守恒，要测定压缩弹簧的弹性势能，可转换为测定两球被弹出时的动能，实验中显然可以利用平抛运动测定平抛初速度以计算初动能，因此在测出平抛运动下落高度的情况下，只需测定两球落地点M、N到对应管口P、Q的水平距离x1、x2，故选B.