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實驗八 驗證動量守恒定律
第六章 動量守恒定律
問題1：動量守恒定律成立的條件是什么？
問題2：為了減少摩擦力對實驗的誤差及讓物體碰撞是在一維發生的，我們可以用哪個裝置進行定律的驗證？
問題3：如何利用氣墊導軌滑塊碰撞進行驗證動量守恒定律的？
問題4：需要測量遮光條的寬度嗎？
一個運動滑塊撞擊靜止滑塊
兩個靜止滑塊被彈簧片彈開，一個向左，一個向右
運動滑塊撞擊靜止滑塊，撞后兩者粘在一起
彈性碰撞架
0=mAvA-mBvB
mAv=(mA+mB)v共
mAv=mA·vA+mBvB
氣墊導軌
兩物塊摩擦因數相同
橡皮泥
光滑桌面通過平衡摩擦力獲得
利用打點計時器測速驗證動量守恒
驗證表達式
mAv=(mA+mB)v共
計算A車碰撞前的速度選擇_______計算
計算兩車碰撞后的速度選擇_______計算

橡皮泥
利用打點計時器測速驗證動量守恒
實驗中小車A必須從靜止釋放
判斷正誤
實驗裝置不能驗證彈性碰撞規律
思考：這個實驗是如何驗證動量守恒的呢？
用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律
mA·OP＝mA·OM＋mB·ON
用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律
斜槽末端切向水平
為防止A球反彈， m1＞m2
落點確定：
P
M
N
O
m1
m2
為了對心碰撞，兩球大小相同
必須從同一點靜止下落
不需要光滑
圓心即為小球平均落點
不需要測高度
例1
(1)圖2是小球m2的多次落點痕跡，由此可確定其落點的平均位置對應的讀數為______cm。
(2)下列器材選取或實驗操作符合實驗要求的是________。
A.可選用半徑不同的兩小球
B.選用兩球的質量應滿足m1>m2
C.小球m1每次必須從斜軌同一位置釋放
D.需用秒表測定小球在空中飛行的時間
(3)在某次實驗中，測量出兩小球的質量分別為m1、m2，三個落點的平均位置與O點的距離分別為OM、OP、ON。在實驗誤差允許范圍內，若滿足關系式________________，即驗證了碰撞前后兩小球組成的系統動量守恒(用測量的物理量表示)。
(4)驗證動量守恒的實驗也可以在如圖3所示的水平氣墊導軌上完成。實驗時讓兩滑塊分別從導軌的左右兩側向中間運動，滑塊運動過程所受的阻力可忽略，它們穿過光電門后發生碰撞并粘連在一起。實驗測得滑塊A的總質量為m1、滑塊B的總質量為m2，兩滑塊遮光片的寬度相同，光電門記錄的遮光片擋光時間如下表所示。
左側光電門 右側光電門
碰前 T1 T2
碰后 T3、T3 無
在實驗誤差允許范圍內，若滿足關系式____________________，即驗證了碰撞前后兩滑塊組成的系統動量守恒(用測量的物理量表示)。
兩物塊摩擦因數相同
跟蹤訓練
1.(2022·廣東華南師大附中模擬)小劉同學利用氣墊導軌驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖4所示。
圖4
(1)將滑塊b放置在氣墊導軌上，打開氣泵，待氣流穩定后，調節氣墊導軌，直至觀察到滑塊b能在短時間內保持靜止，說明氣墊導軌已調至________。
(2)用天平測得滑塊a、b質量分別為ma、mb。
(3)在滑塊上安裝配套的粘扣，并按圖示方式放置兩滑塊。使滑塊a獲得向右的速度，滑塊a通過光電門1后與靜止的滑塊b碰撞粘在一起，并一起通過光電門2，遮光條通過光電門1、2的時間分別為t1、t2，則上述物理量間如果滿足關系式____________，則證明碰撞過程中兩滑塊的總動量守恒。
(4)本實驗________(選填“需要”或“不需要”)測量遮光條的寬度。
例2 (2022·全國甲卷，23)利用圖示5的實驗裝置對碰撞過程進行研究。讓質量為m1的滑塊A與質量為m2的靜止滑塊B在水平氣墊導軌上發生碰撞，碰撞時間極短，比較碰撞后A和B的速度大小v1和v2，進而分析碰撞過程是否為彈性碰撞。完成下列填空：
(1)調節導軌水平；
(2)測得兩滑塊的質量分別為0.510 kg和0.304 kg。要使碰撞后兩滑塊運動方向相反，應選取質量為________ kg的滑塊作為A；
(3)調節B的位置，使得A與B接觸時，A的左端到左邊擋板的距離s1與B的右端到右邊擋板的距離s2相等；
(4)使A以一定的初速度沿氣墊導軌運動，并與B碰撞，分別用傳感器記錄A和B從碰撞時刻開始到各自撞到擋板所用的時間t1和t2；
(5)將B放回到碰撞前的位置，改變A的初速度大小，重復步驟(4)。多次測量的結果如下表所示；
1 2 3 4 5
t1/s 0.49 0.67 1.01 1.22 1.39
t2/s 0.15 0.21 0.33 0.40 0.46
k＝ 0.31 k2 0.33 0.33 0.33
2.(2023·山東濟南一模)某研究性學習小組從北京冬奧會冰壺比賽項目中獲得啟發，利用冰壺碰撞來驗證動量守恒定律。該小組在兩個相同的奶粉罐中加水，放在戶外結冰后制成兩只質量不同的冰壺A和B，在戶外一塊平整的水平地面上潑水結冰形成冰面。小組成員用如圖6甲(俯視)所示的裝置壓縮彈簧后將冰壺彈出，此冰壺與另一只靜止的冰壺發生碰撞。主要實驗步驟如下：
①固定發射裝置，將冰壺A壓縮彈簧后釋放；
②標記冰壺A停止時的位置，在冰壺運動路徑上適當位置標記一定點O，測出冰壺A停止時右端到O點的距離，如圖乙所示。重復多次，計算該距離的平均值記為s1；
③將冰壺B靜置于冰面，左端位于O點。重新彈射冰壺A，使兩冰壺對心正碰，測出冰壺A停止時右端距O點的距離和冰壺B停止時左端距O點的距離。重復多次，分別計算距離的平均值并記為s2和s3，如圖丙所示。
(1)實驗中，為確保冰壺A每次到達O點時的速度均相同的操作是________________________________________。
(2)為完成實驗，還需要測出______________，驗證動量守恒定律的表達式為_____________ (用x1、x2、x3和測量物理量對應的字母表示)。
1.(2022·浙江1月選考)“探究碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖1所示，阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B，給小車A一定速度去碰撞靜止的小車B，小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得。
圖1
(1)實驗應進行的操作有________(單選)。
A.測量滑軌的長度
B.測量小車的長度和高度
C.碰撞前將滑軌調成水平
(2)下表是某次實驗時測得的數據：
A的質量/kg B的質量/kg 碰撞前A的速度大小/(m·s－1) 碰撞后A的速度大小/(m·s－1) 碰撞后B的速度大小/(m·s－1)
0.200 0.300 1.010 0.200 0.800
由表中數據可知，碰撞后小車A、B所構成系統的總動量大小是________kg·m/s。(結果保留3位有效數字)
2.(2022·北京市昌平區模擬)用如圖2所示的裝置做“驗證動量守恒定律”實驗，即研究小球在斜槽末端碰撞時動量是否守恒。
(1)在實驗中可以不測量速度的具體數值，僅通過測量________(選填選項前的字母)間接地解決這個問題。
A.小球開始釋放的高度h
B.小球做平拋運動的射程OP、OM、ON
C.小球拋出點距地面的高度H
(2)下列關于本實驗條件的敘述，正確的是________(選填選項前的字母)。
A.同一組實驗中，入射小球必須從同一位置由靜止釋放
B.入射小球的質量必須大于被碰小球的質量
C.軌道傾斜部分必須光滑
D.軌道末端必須水平
(3)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射小球多次從斜槽上位置S由靜止釋放，通過白紙和復寫紙找到其平均落地點的位置P，測出平拋射程OP。然后，把半徑相同的被碰小球靜置于軌道的水平部分末端，仍將入射小球從斜軌上位置S由靜止釋放，與被碰小球發生正碰，并多次重復該操作，兩小球平均落地點位置分別為M、N。實驗中還需要測量的物理量有________(選填選項前的字母)。
A.入射小球和被碰小球的質量m1、m2
B.入射小球開始的釋放高度h
C.小球拋出點距地面的高度H
D.兩球相碰后的平拋射程OM、ON
(4)在實驗誤差允許范圍內，若滿足關系式______________________(用所測物理量的字母表示)，則可以認為兩球碰撞前后的動量守恒；若滿足關系式______________________(用所測物理量的字母表示)，則可以認為兩球發生的是彈性碰撞。
3.(2023·山東淄博模擬)某同學借助如圖3甲所示裝置驗證動量守恒定律，長木板的一端墊有小木塊，可以微調木板的傾斜程度，以平衡摩擦力，使兩個小車均能在木板上做勻速直線運動。小車1前端貼有橡皮泥，后端與穿過打點計時器的紙帶相連，接通打點計時器電源后，讓小車1以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車2相碰并粘在一起，之后繼續做勻速直線運動。打點計時器電源頻率為50 Hz，得到的紙帶如圖乙所示，已將各計數點之間的距離標在圖乙上。
甲
乙
(1)圖乙中的數據有AB、BC、CD、DE四段，計算小車1碰撞前的速度大小v1＝________m/s，計算兩車碰撞后的速度大小應選________段。
(2)若小車1的質量(含橡皮泥)為0.4 kg，小車2的質量為0.2 kg，根據紙帶數據，經過計算，兩小車碰前動量大小為________kg· m/s，兩小車碰后動量大小為________kg·m/s(結果均保留3位有效數字)。
(3)關于實驗的操作與反思，下列說法正確的是________。
A.實驗中小車1必須從靜止釋放
B.若小車1前端沒貼橡皮泥，不影響實驗驗證
C.上述實驗裝置不能驗證彈性碰撞規律

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