2026高考物理复习课件 第七章第6讲 实验：验证动量守恒定律

第七章动量守恒定律及其应用第6讲实验：验证动量守恒定律 目录12考点一教材原型实验考点二实验拓展与创新课时作业34 考点一教材原型实验 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′，计算出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。 一、实验器材气垫导轨、数字计时器、天平、滑块(两个，含挡光片)、重物、轻质弹簧、细线、弹性碰撞架、尼龙搭扣、撞针、橡皮泥等。二、实验步骤1．用天平测出滑块质量。2．正确安装好气垫导轨，如图所示。实验方案1研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒 一、实验器材斜槽、小球(两个)、天平、复写纸、白纸、刻度尺等。二、实验步骤1．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(避免入射小球反弹)。实验方案2研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒 2．按照如图所示安装实验装置。调整固定斜槽使斜槽末端水平。 3．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．不放被撞小球，每次让入射小球(质量为m1)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．把被撞小球(质量为m2)放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，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。如图所示。 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，应注意利用水平仪确保导轨水平。(2)若利用平抛运动规律进行验证：①安装实验装置时，应注意调整斜槽，使斜槽末端水平；②入射小球每次都必须从斜槽上同一位置由静止释放；③选质量较大的小球为入射小球；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。 误差分析1．系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求。(1)碰撞是否为一维(即正碰)，为此两球应等大，且速度沿球心连线方向。(2)实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，用长木板实验时是否平衡了摩擦力。2．偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度(或水平射程)的测量。 例1(2024·天津市河北区高三下二模)某实验小组用如图所示的实验装置来验证动量守恒定律，光电门1、2与数字计时器相连并固定在气垫导轨上，两个滑块A、B(包含遮光条)质量分别为m1、m2，两个遮光条完全相同。(1)在调节装置时，启动充气机，经过调整后，将滑块A轻放在气垫导轨上任何位置都能________，则气垫导轨已调至水平。静止 (2)本实验________(选填“需要”或“不需要”)测量遮光条的宽度。(3)两滑块A、B从光电门1、2的外侧匀速相向运动，在两光电门中间发生碰撞，运动到气垫导轨一端时立刻被锁定。实验中光电门1记录挡光时间为Δt1，光电门2记录三次挡光时间依次为Δt2、Δt3、Δt4。若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为______________________(用已知物理量和测量的物理量的字母表示)。不需要 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。例2(2024·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 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___mb(填“>”或“<”)；(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两小球离开轨道右端后均做平抛运动，竖直方向下落高度相同，故下落时间相同，水平方向做匀速直线运动，故小球水平飞出时的速度与平抛运动的水平位移成正比 考点二实验拓展与创新 例3(2023·辽宁高考)某同学为了验证对心碰撞过程中的动量守恒定律，设计了如下实验：用纸板搭建如图所示的滑道，使硬币可以平滑地从斜面滑到水平面上，其中OA为水平段。选择相同材质的一元硬币和一角硬币进行实验。 在水平面上某处时，测量甲从O点到停止处的滑行距离OP。将硬币乙放置在O处，左侧与O点重合，将甲放置于B点由静止释放。当两枚硬币发生碰撞后，分别测量甲、乙从O点到停止处的滑行距离OM和ON。保持释放位置不变，重复实验若干次，得到OP、OM、ON的平均值分别为s0、s1、s2。测量硬币的质量，得到一元和一角硬币的质量分别为m1和m2(m1>m2)。将硬币甲放置在斜面上某一位置，标记此位置为B。由静止释放甲，当甲停 一元距离测量有误差(或甲、乙碰撞过程中系统所受合外力实际并不为零，只是近似为零，其他原因合理也可) 例4某同学利用如下实验装置研究两物体碰撞过程中的守恒量。实验步骤如下：①如图所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球1、球2与木条的撞击点；②将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球1从斜轨上A点由静止释放，撞击点为B′；③将木条平移到图中所示位置，让入射球1从斜轨上A点由静止释放，撞击点为P； ④把球2静止放置在水平槽的末端，让入射球1从斜轨上A点由静止释放，确定球1和球2相撞后的撞击点；⑤测得B′与N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3。根据该同学的实验，回答下列问题：(1)两小球的质量关系为m1____m2(填“>”“＝”或“<”)。(2)碰后小球1的落点在图中的_____点。(3)若再利用天平测量出两小球的质量分别为m1、m2，则满足_____________表示两小球碰撞前后动量守恒；若满足_______________表示两小球碰撞前后的机械能守恒。＞M 解析(1)为了防止两球碰后球1出现反弹现象，入射球1的质量一定要大于被碰球2的质量，即m1>m2。(2)由图可知，两小球打在木条上，三次平抛运动的水平位移相等，由平抛运动的规律可知，水平速度越大，竖直方向下落的高度越小；由碰撞规律可知，碰后入射球的速度减小，故其下落的高度最大，而碰后被碰球的速度最大，其下落的高度最小，则可知碰后小球1的落点在图中M点。 例5(2025·河南省新乡市高三上第一次模拟)某实验小组的同学用如图甲所示的装置来验证动量定理，主要的实验过程如下：A．用天平测得带有遮光片的物块A的质量为m，用游标卡尺测得遮光片的宽度为d，气垫导轨水平放置，拉力传感器安装在天花板上；B．轻质细线一端连接物块A，另一端连接拉力传感器，细线跨越定滑轮，挂有重物B的滑轮也跨越在细线上；C．打开气垫导轨的充气源，放开物块A，记录遮光片通过光电门G1、G2的时间t1、t2；D．用秒表测出遮光片从G1运动到G2的时间t，拉力传感器的示数为F。 回答下列问题：(1)下列说法正确的是____。A．本实验需要把气垫导轨的右侧垫高来平衡摩擦力B．本实验需要测量B的质量，由此来计算细线的拉力C．气垫导轨上方的细线必须与气垫导轨平行(2)测量物块A上的遮光片宽度时，示数如图乙所示，则遮光片的宽度为________mm。(3)若Ft1t2t＝_________，则动量定理成立。C9．4md(t1－t2) 课时作业 1．(2024·山东高考)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200.0g和400.0g；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、图丙所示。 回答以下问题：(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200．0g的滑块是____(填“A”或“B”)。1．00．20B 2．(2024·北京高考)如图甲所示，让两个小球在斜槽末端碰撞来验证动量守恒定律。(1)关于本实验，下列做法正确的是______(填选项前的字母)。A．实验前，调节装置，使斜槽末端水平B．选用两个半径不同的小球进行实验C．用质量大的小球碰撞质量小的小球AC (2)图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，首先，将质量为m1的小球从斜槽上的S位置由静止释放，小球落到复写纸上，重复多次。然后，把质量为m2的被碰小球置于斜槽末端，再将质量为m1的小球从S位置由静止释放，两球相碰，重复多次。分别确定平均落点，记为M、N和P(P为m1单独滑落时的平均落点)。答案：用圆规画圆，尽可能用最小的圆把各个落点圈住，这个圆的圆心位置代表平均落点。a．图乙为实验的落点记录，简要说明如何确定平均落点； m1·OP＝m1·OM＋m2·ONb．分别测出O点到平均落点的距离，记为OP、OM和ON。在误差允许范围内，若关系式__________________________成立，即可验证碰撞前后动量守恒。 (3)受上述实验的启发，某同学设计了另一种验证动量守恒定律的实验方案。如图丙所示，用两根不可伸长的等长轻绳将两个半径相同、质量不等的匀质小球悬挂于等高的O点和O′点，两点间距等于小球的直径。将质量较小的小球1向左拉起至A点由静止释放，在最低点B与静止于C点的小球2发生正碰。碰后小球1向左反弹至最高点A′，小球2向右摆动至最高点D。测得小球1、2的质量分别为m和M，弦长AB＝l1、A′B＝l2、CD＝l3。推导说明，m、M、l1、l2、l3满足什么关系即可验证碰撞前后动量守恒。 解析：(1)本实验中，用小球滑出斜槽后的水平位移之比代替小球碰撞前、后瞬间的速度之比，所以需要确保小球离开斜槽末端后做平抛运动，则应在实验前调节装置，使斜槽末端水平，故A正确；本实验需保证两小球发生的碰撞为对心碰撞，则应选用两个半径相同的小球进行实验，故B错误；为避免碰撞后入射小球被反向弹回，需要用质量大的小球碰撞质量小的小球，故C正确。 3．某同学利用如图装置验证碰撞中的动量守恒定律，装置中桌面水平，一端固定了一弹簧枪，斜面紧贴桌面，且斜面的最高点恰好与桌面相平，该同学选了两个体积相同的钢质小球，实验步骤如下：①用天平测出小球1、2的质量分别为m1和m2；②先不放小球2，把小球1装入固定好的弹簧枪后释放，记下小球在斜面上的落点位置，小球每次放入弹簧枪中弹簧的压缩量均相同； ③将小球2放在斜面最高点处，把小球1装入固定好的弹簧枪后释放，使它们发生碰撞，分别记下小球1、2在斜面上的落点位置，小球碰撞视为弹性碰撞；④用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜面最高点的距离，图中A、B、C点是该同学记下小球在斜面的落点位置，到斜面最高点的距离分别为x1、x2、x3。(1)选择的水平桌面是否需要一定光滑？_____(选填“是”或“否”)；所选小球的质量关系是：m1要________(选填“大于”“小于”或“等于”)m2；否大于 (2)实验中若满足关系式______________________(用实验中已经测得的量表示)，说明该碰撞过程满足动量守恒定律。(3)从实验结果看，动量守恒的等式可能是近似等于，请你指出一条近似等于的理由：_____________________________________________________________________________。小球落点的点迹大，导致测量x时出现误差(或读数误差、空气阻力造成的误差) (3)由于实验中存在误差，所以动量守恒的表达式可能是近似相等，其误差可能是小球落点的点迹大，导致测量x时出现误差；也可能是读数误差；还可能是由于存在空气阻力造成的误差等。 4．某同学设计用如图甲所示的装置来验证动量守恒定律。打点计时器打点频率为50Hz。步骤一：用垫块垫起长木板的右端，使之具有一定的倾角，调节倾角，使得轻推一下滑块甲(前端粘有橡皮泥，后端连接纸带)或者滑块乙之后它们均能在长木板上做匀速直线运动。 步骤二：把乙放在长木板合适的位置，甲靠近打点计时器，接通打点计时器的电源，轻推一下甲，甲向下运动与乙发生碰撞并粘在一起。步骤三：一段时间后关闭打点计时器的电源，取下纸带。更换纸带后重复第二步操作。步骤四：选取点迹清晰的纸带，标出若干计数点O、A、B……I，测量各计数点到O点的距离。其中一条纸带的数据如图乙所示。 (1)由图示的纸带及其数据来看，纸带的_____端(填“左”或“右”)连接滑块甲。在打下____点和____点之间的时间内，甲、乙发生碰撞。(2)相邻计数点之间还有四个点迹没有画出来，碰撞前滑块甲的速度大小是________m/s，碰撞后粘连体的速度大小是________m/s。(结果均保留两位小数)右DE0．600．29 (3)测得滑块甲、乙的质量均为0．20kg，碰撞前滑块甲的动量是________kg·m/s。碰撞后滑块甲、乙的总动量是________kg·m/s。(结果均保留三位小数)(4)通过计算可以得出结论_________________________________________。0．1200．116在一定误差范围内，碰撞过程满足动量守恒 5．(2022·全国甲卷)利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为m1的滑块A与质量为m2的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小v1和v2，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：(1)调节导轨水平。(2)测得两滑块的质量分别为0．510kg和0．304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为________kg的滑块作为A。0．304 (3)调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离s1与B的右端到右边挡板的距离s2相等。(4)使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间t1和t2。 0．310．320．34