資源簡介

(共47張PPT)
實驗六
驗證動量守恒定律
1.實驗目的
驗證碰撞中的動量守恒定律.
2.實驗原理
在一維碰撞中，測出物體的質量m和碰撞前、后物體的速度v、v′，算出碰撞前的動量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的動量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后動量是否相等.
3.實驗器材
方案一 利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗
氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、
細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥等.
方案二 在光滑長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗
光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、
橡皮泥等.
方案三 利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗
斜槽、大小相等質量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫
紙、天平、刻度尺、圓規、三角板等.
4.實驗步驟
方案一 利用氣墊導軌完成一維碰撞實驗
(1)測質量：用天平測出滑塊質量.
(2)安裝：正確安裝好氣墊導軌，如圖所示.
(3)測速度：接通電源，利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(①改變滑塊的質量；②改變滑塊的初速度大小和方向).
(4)驗證：一維碰撞中的動量守恒.
方案二 在光滑長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗
(1)測質量：用天平測出兩小車的質量.
(2)安裝：將打點計時器固定在光滑長木板的一端，把紙帶穿
過打點計時器，連在小車的后面，在兩小車的碰撞端分別裝上撞
針和橡皮泥，如圖所示.
(3)碰撞：接通電源，讓小車 A 運動，小車 B 靜止，兩車碰撞
時撞針插入橡皮泥中，把兩小車連接成一體運動.
(4)測速度：通過紙帶上兩計數點間的距離及時間由
算出速度.
(5)改變條件：改變碰撞條件，重復實驗.
(6)驗證：一維碰撞中的動量守恒.
　　　
方案三 利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗
(1)測質量：先用天平測出入射小球、被碰小球質量 ma、mb
(ma>mb).
(2)安裝：按如圖所示安裝好實驗裝置，將斜槽固定在桌邊，
使槽的末端點切線水平，調節實驗裝置使兩小球
碰撞時處于同一水平高度，且碰撞瞬間入射小球
與被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行，
以確保兩小球正碰后的速度方向水平.
(3)鋪白紙：在地上鋪一張白紙，在白紙上鋪放復寫紙.
(4)定 O 點：在白紙上記下重垂線所指的位置 O，它表示入射
小球碰前的位置.
(5)定 P 點：先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一高度
處滾下，重復 10 次，用圓規畫盡可能小的圓把小球的所有落點圈
在里面，圓心就是入射小球發生碰撞前的落地點 P.
(6)定 M、N 點：把被碰小球放在斜槽的末端，讓入射小球從
同一高度滾下，使它們發生正碰，重復 10 次，從上一步驟求出入
射小球落地點的平均位置 M 和被碰小球落地點的平均位置 N.
(7)連直線：過 O 和 N 在紙上作一直線.
(8)測長度：用刻度尺量出線段 OM、OP、ON 的長度.
5.誤差分析
(1)系統誤差主要來源于實驗器材及實驗操作等.如：①碰撞是
否為一維；②氣墊導軌是否完全水平，小車受到長木板的摩擦力，
入射小球的釋放高度存在差異.
(2)偶然誤差：主要來源于質量 m1、m2 和碰撞前后速度(或水
平射程)的測量.
6.注意事項
(1)前提條件：碰撞的兩物體應保證“水平”和“正碰”.
(2)方案提醒：①若利用氣墊導軌進行驗證，給滑塊的初速度
應沿著導軌的方向；②若利用兩小車相碰進行驗證，要注意平衡
摩擦力；③若利用平拋運動規律進行驗證，安裝實驗裝置時，應
注意調整斜槽，使斜槽末端切線水平，且選質量較大的小球為入
射小球.
考點 1 基本實驗原理與實驗操作的考查
【典題1】(2024 年河南卷)某同學用如圖所示的裝置驗證動量
守恒定律.將斜槽軌道固定在水平桌面上，軌道末段水平，右側端
點在水平木板上的垂直投影為 O，木板上疊放著白紙和復寫紙.實
驗時先將小球 a 從斜槽軌道上 Q 處由靜止釋放，a 從軌道右端水
平飛出后落在木板上；重復多次，測出落點的平均位置 P 與 O 點
的距離 xP，將與 a 半徑相等的小球 b 置于軌道右側端點，再將小
球 a 從 Q 處由靜止釋放，兩球碰撞后均落在木板上；重復多次，
分別測出 a、b 兩球落點的平均位置 M、N 與 O 點的距離xM、xN.
完成下列填空：
(1) 記 a 、b 兩球的質量分別為 ma、mb，實驗中須滿足條件
ma________mb(填“>”或“<”).
(2)如果測得的xP、xM、xN、ma和mb在實驗誤差范圍內滿足關
系式________________，則驗證了兩小球在碰撞中滿足動量守恒
定律.實驗中，用小球落點與 O 點的距離來代替小球水平飛出時的
速度，依據是_____________________________________________
________________________________________________________.
答案：(1)>
(2)maxP＝maxM＋mbxN　小球離開斜槽末端后做平拋運動，豎
直方向高度相同，故下落時間相同，水平方向做勻速直線運動，
小球水平飛出時的速度與平拋運動的水平位移成正比
考點 2 數據處理與誤差分析
【典題2】氣墊導軌上有 A、B 兩個滑塊，開始時兩個滑塊靜
止，它們之間有一根被壓縮的輕質彈簧，滑塊間用繩子連接(如圖
甲所示)，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運動，圖乙為它們運
動過程的頻閃照片，頻閃的頻率為 10 Hz，由圖可知：
甲
乙
(1)A、B 離開彈簧后，應該做________運動，已知滑塊 A、B
的質量分別為 200 g、300 g，根據照片記錄的信息，從圖中可以看
出閃光照片有明顯與事實不相符合的地方是_______________.
(2)若不計此失誤，分開后，A 的動量大小為________kg·m/s，
B 的動量大小為________kg·m/s，本實驗中得出“在實驗誤差允
許范圍內，兩滑塊組成的系統動量守恒”這一結論的依據是
__________________________________________________.
答案：(1)勻速直線　A、B 兩滑塊的第一個間隔
(2) 0.018　0.018　A、B 兩滑塊作用前后總動量相等，均為 0
實驗目的的創新
1.利用動量守恒、機械能守恒計算彈丸的發射速度
2.減小實驗誤差的措施，體現了物理知識和物理實驗的實用性、創新性和綜合性
(續表)
實驗器材的創新
1.利用鋁質導軌研究完全非彈性碰撞
2.利用閃光照相機記錄立方體滑塊碰撞前后的運動規律，從而確定滑塊碰撞前后的速度
(續表)
實驗過程的創新
1.用壓縮彈簧的方式使兩滑塊獲得速度，可使兩滑塊的合動量為零
2.利用v＝ 的方式獲得滑塊彈離時的速度
3.根據能量守恒定律測定彈簧的彈性勢能
考向 1 利用氣墊導軌
【典題 3】(2024 年廣東廣州一模)如圖甲，光電門 1、2 固定
在氣墊導軌上，滑塊 A 靜置于光電門 1 左側，滑塊 B 靜置于光電
門 1、2 之間，現用該裝置驗證 A、B 碰撞前后系統動量守恒.完成
下列相關實驗內容.
甲
乙
(1)實驗原理
若氣墊導軌水平，A、B 質量分別為 mA、mB；A 向右運動，
遮光片通過光電門 1 的遮光時間為Δt1，A、B 碰后粘在一起運動，
遮光片通過光電門 2 的遮光時間為Δt2.當
Δt1
Δt2
＝_______(用 mA、mB
表示)時，系統動量守恒得到驗證.
(2)實驗操作
①調節氣墊導軌水平：接通氣源，僅將 A 放置于光電門 1 的
左側，輕推 A，若遮光片通過光電門 1 的遮光時間大于通過光電
門 2 的遮光時間，則需要適當________(填“升高”或“降低”)
導軌左端，反復調節使氣墊導軌水平；
②再將 A、B 如圖甲放置，輕推 A，使A、B碰撞并粘在一起，
記錄Δt1、Δt2 的值；
③重復步驟②，多次實驗，記錄多組Δt1、Δt2 數據.
考向 2 利用豎直擋板
【典題4】某同學利用如圖所示的裝置進行“驗證動量守恒
定律”的實驗，操作步驟如下：
①在水平桌面上的適當位置固定好彈簧發射器，使其出口處
切線與水平桌面相平；
②在一塊長平木板表面先后釘上白紙和復寫紙，將該木板豎
直并貼緊桌面右側邊緣.將小球 a 向左壓縮彈簧并使其由靜止釋
放，a 球碰到木板，在白紙上留下壓痕 P；
③將木板向右水平平移適當距離，再將小球 a 向左壓縮彈簧
到某一固定位置并由靜止釋放，撞到木板上，在白紙上留下壓痕
P2；
④將半徑相同的小球 b 放在桌面的右邊緣，仍讓小球 a 從步
驟③中的釋放點由靜止釋放，與 b 球相碰后，兩球均撞在木板上，
在白紙上留下壓痕 P1、P3.
(1)下列說法正確的是________(多選，填字母).
A.小球 a 的質量一定要大于小球 b 的質量
B.彈簧發射器的內接觸面及桌面一定要光滑
C.步驟②③中入射小球 a 的釋放點位置一定相同
D.把小球輕放在桌面右邊緣，觀察小球是否滾動來檢測桌面
右邊緣末端是否水平
(2)本實驗必須測量的物理量有________(多選，填字母).
A.小球的半徑 r
B.小球 a、b 的質量 m1、m2
C.彈簧的壓縮量 x1，木板距離桌子邊緣的距離 x2
D.小球在木板上的壓痕 P1、P2、P3 分別與 P 之間的豎直距離
h1、h2、h3
(3)用(2)中所測的物理量來驗證兩球碰撞過程中動量是否守
恒，當滿足關系式_____________________時，則證明 a，b 兩球
碰撞過程中動量守恒.
(4)若兩球發生的是彈性碰撞，則 h1、h2、h3 之間的關系式應
為______________________.
解析：(1)小球 a 的質量一定要大于小球 b 的質量，防止入射
球碰后反彈，A 正確；彈簧發射器的內接觸面及桌面不一定要光
滑，只要 a 球到達桌邊時速度相同即可，B 錯誤；步驟②③中入
射小球 a 的釋放點位置不一定相同，但是步驟③④中入射小球 a
的釋放點位置一定要相同，C 錯誤；把小球輕放在桌面右邊緣，
觀察小球是否滾動來檢測桌面右邊緣末端是否水平，D 正確.
答案：(1)AD
(2)BD
考向3 利用沖擊擺
【典題5】(2024 年四川自貢模擬)如圖甲所示的沖擊擺裝置，
主要用于研究物體的完全非彈性碰撞及測定鋼球的速度等實驗.其
原理是利用左端的彈簧槍發射鋼球，將鋼球水平打入靜止擺塊左
側的小洞并停在里面，時間極短，擺塊(內含鋼球)向右擺動，推動
指針，指針擺過的最大角度即為擺塊的最大擺角，彈簧槍水平發
射鋼球的速度有三擋.利用這種裝置可以測出鋼球的發射速度.圖乙
是其簡化裝置圖.
甲
乙
丙
(1)實驗開始前，需測量的物理量為________(填字母).
B.擺塊的質量 M
A.子彈的質量 m
C.子彈的直徑 d
(2)實驗步驟如下：
①將沖擊擺實驗器放在桌上，調節底座上的調平螺絲，使底
座水平.
②調節支架上端的調節螺絲，改變懸線的長度，使擺塊的孔
洞跟槍口正對，使從彈簧槍中彈出的鋼球恰好能射入擺塊內，擺
塊能擺動平穩.并且使擺塊右側與刻度對齊.
③用刻度尺測量出擺長 l .
④讓擺塊靜止在平衡位置，扣動彈簧槍扳機，鋼球射入擺塊
(未穿出)，擺塊和鋼球推動指針一起擺動，記下指針的最大擺角.
擋位 平均最大
擺角θ/度 鋼球質量
m/kg 擺塊質量
M/kg 擺長
l/m 鋼球的速度
v/(m·s-1)
低速擋 15.7 0.00765 0.0789 0.270 5.03
中速擋 19.1 0.00765 0.0789 0.270 6.77
高速擋 0.00765 0.0789 0.270 7.15
⑤多次重復實驗，計算出擺塊最大擺角的平均值θ .
⑥更換彈簧槍的不同擋位，多次測量，并將結果填入表中.
現測得高速擋指針最大擺角如圖丙所示，請將表中數據補充
完整：θ＝________.
(3)用上述測量的物理量表示發射鋼球的速度 v＝__________.
(已知重力加速度為 g，用相關物理量的符號表示)
(4)某興趣小組利用上表數據以及測量的彈簧的形變量Δx，作
出(1－cos θ) Δx2圖像，如圖丁所示，若已知彈簧的
系數 k＝________(用 m、M、l、g、c、d 表示)
丁
答案：(1)AB
(2)22.4°

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