第一部分 第一章 实验
1．(多选)在“碰撞中的动量守恒”实验中，需用的测量仪器(或工具)有( )
A．秒表 B．天平
C．刻度尺 D．游标卡尺
【答案】BC
【解析】天平用于称量小球质量，刻度尺用于测量小球的水平射程．
2．在“验证动量守恒定律”的实验中，入射球每次滚下都应从斜槽上的同一位置无初速释放，这是为了使( )
A．小球每次都能水平飞出槽口
B．小球每次都以相同的速度飞出槽口
C．小球在空中飞行的时间不变
D．小球每次都能对心碰撞
【答案】B
3．(2019年北京名校二模)若采用图中甲、乙两种实验装置来验证动量守恒定律(图中小球半径相同，质量均为已知，且mA>mB，B、B′两点在同一水平线上)，下列说法正确的是( )
A．采用图甲所示的装置，必须测量OB、OM、OP和ON的距离
B．采用图乙所示的装置，必须测量OB、B′N、B′P和B′M的距离
C．采用图甲所示装置，若mA·ON＝mA·OP＋mB·OM，则表明此碰撞动量守恒
D．采用图乙所示装置，若＝＋，则表明此碰撞机械能守恒
【答案】D
【解析】如果采用图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代替速度进行验证，不需要测量OB的长度，故A错误；如果采用图乙所示装置，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度可以表示出对应的水平速度，从而确定动量是否守恒，故不需要测量OB的距离，故B错误；采用图甲所示装置，一个球时水平距离为OP，两球相碰时，A球距离为OM，B球为ON，则根据动量守恒定律有mAv＝mAv1＋mBv2，因下落时间相同，则两端同时乘以t后有mA·OP＝mA·OM＋mB·ON，则表明此碰撞动量守恒，故C错误；小球碰后做平抛运动，速度越快，下落高度越小，单独一个球下落时，落点为P，两球相碰后，落点分别为M和N，根据动量守恒定律有mAv＝mAv1＋mBv2，而速度v＝，根据h＝gt2可得，t＝，则可解得v＝，v1＝，v2＝，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有＝＋，由机械能守恒定律得mAv2＝mAv＋mBv，代入速度表达式可知＝＋，联立动量表达式和机械能表达式可知＝＋，故可以根据该式表明此碰撞机械能守恒，故D正确．
4．(2019年安康期末)某同学用图甲所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让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痕迹，重复10次；然后再把b球放在斜槽轨道末端的最右端附近静止，让a球仍从原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．回答下列问题：
(1)在安装实验器材时斜槽的末端应________．
(2)小球a、b质量ma、mb的大小关系应满足ma____mb，两球的半径应满足ra____rb.(填“>”“<”或“＝”)
(3)本实验中小球落地点的平均位置距O点的距离如图乙所示，这时小球a、b碰撞后的平均落地点依次是图中水平面上的________点和________点．
(4)在本实验中结合图乙，验证动量守恒的验证式是下列选项中的________．
A．ma·＝ma·＋mb·
B．ma·＝ma·＋mb·
C．ma·＝ma·＋mb·
【答案】(1)保持水平 (2)> ＝ (3)A C (4)B
【解析】(1)小球离开轨道后做平抛运动，在安装实验器材时斜槽的末端应保持水平，才能使小球做平抛运动．
(2)为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即ma>mb.为保证两个小球的碰撞是对心碰撞，两个小球的半径要相等．
(3)由图甲所示装置可知，小球a和小球b相撞后，小球b的速度增大，小球a的速度减小，b球在前，a球在后，两球都做平抛运动．由图可知，未放被碰小球时小球a的落地点为B点，碰撞后a、b的落地点分别为A、C点．
(4)小球在空中的运动时间t相等，如果碰撞过程动量守恒，则有mav0＝mavA＋mbvB，两边同时乘以时间t得mav0t＝mavAt＋mbvBt，得ma·＝ma·＋mb·.
5．如图甲所示是做“验证动量守恒定律”实验的示意图．
(1)在该实验中，应选用的器材是下列器材中的______．
A．天平
B．游标卡尺
C．刻度尺
D．大小相同但质量不同的钢球两个
E．大小相同的钢球和硬橡胶球各一个
甲 乙
(2)某同学根据该实验的方法和原理来测量两个小球的质量关系，经相同的操作过程，他测得小球的平均落地点到O点的距离如图乙所示，则入射小球A和被碰小球B的质量之比mA∶mB为________．
【答案】(1)A、C、D (2)4∶1
【解析】(1)因入射球和被碰球均从同一点做平抛运动，无需测小球直径、不选游标卡尺，实验时所用小球为大小相等、质量不同的钢球两个，所以不选E.故选A、C、D．
(2)由动量守恒mAv0＝mAvA＋mBvB．
因为入射球和被碰球均从同一点做平抛运动，所以可以用水平位移代替速度．
则mA＝mA＋mB.
所以＝＝＝4.
课件20张PPT。实验：验证动量守恒定律【实验目的】
验证碰撞中的动量守恒．
【实验原理】
质量为m1和m2的两个小球发生正碰，若碰前m1运动，m2静止，根据动量守恒定律应有m1v1＝m1v1′＋m2v2′.因小球从斜槽上滚下后做平抛运动，由平抛运动知识可知，只要小球下落的高度相同，在落地前运动的时间就相同，则小球的水平速度若用飞行时间作时间单位，在数值上就等于小球飞出的水平距离．所以只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离，代入公式就可验证动量守恒定律．【实验器材】
斜槽、大小相等质量不同的小钢球两个、重锤线一条、白纸、复写纸、天平一台、刻度尺、圆规、三角板．
【实验步骤】
1．先用天平测出小球质量m1、m2.
2．按图那样安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，使槽的末端点切线水平，把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上，调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度．且碰撞瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行，以确保正碰后的速度方向水平．3．在地面上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸．
4．在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m1碰前的位置．
5．先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处滚下，重复10次，用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面．圆心就是入射球不碰时的落地点P.
6．把被碰小球放在小支柱上，让入射小球从同一高度滚下，使它们发生正碰，重复10次，仿步骤5求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.【注意事项】
1．斜槽末端的切线必须水平，调整方法是让碰撞的小球放在斜槽末端水平部分的任一位置都能静止．
2．使小支柱与槽口的距离等于小球直径．
3．认真调节小支柱的高度，既使两小球碰撞时球心在同一高度上，又使球心连线与斜槽末端的切线相平行．
4．入射小球必须从斜槽同一高度由静止释放．
5．入射小球的质量应大于被碰球的质量．
6．实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸位置要始终保持不变．
【误差分析】
实验所研究的过程是两个不同质量的金属球发生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是碰撞中应尽量予以满足的前提条件．实验中两球球心高度若不在同一水平面上，会给实验带来误差．每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时内力越大，动量守恒的误差越小．应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差． 例1 (2019年辽宁期末)在做“验证动量守恒定律”的实验中，装置如图甲．
(1)需要的测量仪器或工具有______．
A．秒表 B．天平
C．刻度尺 D．重锤线
E．打点计时器 F．圆规(2)本实验中必须的条件是______．
A．两小球碰撞时，球心必须在同一高度上
B．斜槽轨道末端的切线必须水平
C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同
D．入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下
(3)某次实验中得出的落点情况如图乙所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球质量m1和被碰小球质量m2之比为________．(4)在做“验证动量守恒定律”的实验中，对产生误差的主要原因表述正确的是________．
A．碰撞前入射小球的速度方向、碰撞后两小球的速度方向不是在同一直线上
B．倾斜部分轨道对入射小球的摩擦力作用
C．没有测量高度，算出具体的平抛时间
D．测量长度的误差解析：(1)本实验需要天平称量物体的质量，需要刻度尺测量长度，需要重锤线调节轨道末端水平，需要圆规找物体的平均落点，故选B、C、D、F.
(2)要保证碰撞是一维的，即保证两物体在碰撞之前沿同一直线运动，故A正确；要保证碰撞后两个球做平抛运动，故斜槽轨道末端的切线必须水平，故B正确；入射球质量要大于被碰球质量，即m1>m2，防止碰后m1被反弹，故C错误；为保证碰撞的初速度相同，入射球每次必须从轨道的同一位置由静止滚下，故D正确．【答案】(1)BCDF (2)ABD (3)19∶5 (4)AD 例2 实验设计与误差分析．
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．我们可以用带有竖直挡板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
c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上
d．用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离L1
e．按下电钮放开卡销，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，记下滑块A、B分别到达挡板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____________.(回答两点即可)
(3)利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式；如不能，请说明理由．
解析：实验条件发生变化，实验方案也发生变化，本题考查学生熟练利用实验原理解决不同物理情景下的问题的能力．
(1)还应测出滑块B的右端到挡板D的距离L2，以便求出滑块B的速度．
