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高考物理大一轮复习实验十六验证动量守恒定律


实验十六

验证动量守恒定律

1.如图所示,在实验室用两端带有竖直挡板 C 和 D 的气垫导轨 和有固定挡板的质量都是 M 的滑块 A 和 B 做“探究碰撞中的守恒 量”的实验,实验步骤如下: Ⅰ.把两滑块 A 和 B 紧贴在一起,在 A 上放质量为 m 的砝码,置 于导轨上,用电动卡销卡住 A 和 B,在 A 和 B 的固定挡板间放入一 轻弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态; Ⅱ.按下电钮使电动卡销放开,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,当 A 和 B 与固定挡板 C 和 D 碰撞时,电子计时器自动停表,记下 A 至 C 的运动时间 t1,B 至 D 的 运动时间 t2; Ⅲ.重复几次,取 t1 和 t2 的平均值. (1)在调整气垫导轨时应注意_______________________________; (2)应测量的数据还有______________________________________; (3)只有关系式________成立,即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和. 解析: (1)使气垫导轨水平 (2)滑块 A 的左端到挡板 C 的距离 s1 和滑块 B 的右 端到挡板 D 的距离 s2 (3)由动量守恒定律列方程式(M+m)s1/t1=Ms2/t2 答案:见解析 2.如图所示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,用电动卡锁锁定,静止放置在气垫导轨上. d.用刻度尺测出 A 的左端至 C 板的距离 L1. e.按下电钮放开卡锁, 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 A、B 分别到达 C、D 的运动时间 t1 和 t2.

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(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
_______________________________________________________. 解析:(1)实验要验证 A、B 被弹簧 弹离后动量大小是否相同,必须计算出两滑块的速 度,因此实验过程中还必须测出 B 的右端至 D 板的距离 L2.

因数 μ ,查出当地的重力加速度 g. B.用细线将滑块 A、B 连接,使 A、B 间的弹簧压缩,滑块 B 紧靠在桌边. C.剪断细线,测出滑块 B 做平抛运动落地时到重垂线的水平位移 x1 和滑块 A 沿桌面滑 行距离 x2. (1)为验证动量守恒,写出还须测量的物理量及表示它的字母:_________. (2)动量守恒的表达式为__________________________.

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4.如图所示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 点离水平桌面的高度为 b,C 点与桌子边沿间的水平距离为 c.此外, (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) 解 析:(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化,根据弹性球 1 碰撞前后 的高度 a 和 b, 由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度, 故只要再测量弹性球 1 的质量 m1, 就能求出弹性球 1 的动量 变化;

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根据平抛运 动的规律,只要测出立柱高 h 和桌面高 H 就可以求出弹性球 2 碰撞前后的 速度变化, 故只要测量弹性球 2 的质量和立柱高 h、桌面高 H 就能求出弹性球 2 的动量变化. (2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为 2m1 a-h=2m1 b-h+m2

c . H+h

答案:(1)弹性球 1、2 的质量 m1、m2 立柱高 h 桌面高 H (2)2m1 a-h=2m1 b-h+m2

c H+h

5.某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验.气垫导轨装置如图 所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成.在空腔导轨的两个工作面上均匀 分布着一定数量的小孔,向导轨空腔内不断通入压缩空气,空气会从小孔中喷出,使滑块稳 定地漂浮在导轨上,这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差.

(1)下面是实验的主要步骤: ①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平; ②向气垫导轨通入压缩空气; ③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧, 将纸带穿过打点计时器与弹射 架并固定在滑块 1 的左端,调节打点计时器的高度,直至滑块拖着纸带移动时,纸带始终在 水平方向; ④使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳; ⑤把滑块 2 放在气垫导轨的中间; ⑥先________,然后________ ,让滑块带动纸带一起运动; ⑦取下纸带, 重复步骤④⑤⑥, 选出理想的纸带如图(b)所示; ⑧测得滑块 1 的质量 310 g,滑块 2(包括橡皮泥)的质量为 205 g. 完善实验步骤⑥的内 容. (2)已知打点计时器每隔 0.02 s 打一个点,计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量 为________kg·m/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为________kg·m/s(保留三位有效 数字). (3) 试 说 明 (2) 中 两 结 果 不 完 全 相 等 的 主 要 原 因 是
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______________________.

(2)0.620 0.618 (3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦

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