2013年高考物理 考前指導(dǎo) 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

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1、2013年高考物理考前指導(dǎo) 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 研究在彈性碰撞的過(guò)程中，相互作用的物體系統(tǒng)動(dòng)量守恒． 【實(shí)驗(yàn)原理】 利用圖-1的裝置驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒，讓一個(gè)質(zhì)量較大的球從斜槽上滾下來(lái)，跟放在斜槽末端上的另一個(gè)質(zhì)量較小的球發(fā)生碰撞，兩球均做平拋運(yùn)動(dòng)．由于下落高度相同，從而導(dǎo)致飛行時(shí)間相等，我們用它們平拋射程的大小代替其速度．小球的質(zhì)量可以測(cè)出，速度也可間接地知道，如滿足動(dòng)量守恒式m1v1=m1v1＇+m2v2＇，則可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律． 進(jìn)一步分析可以知道，如果一個(gè)質(zhì)量為m1，速度為v1的球與另一個(gè)質(zhì)量為m2，速度為v2的球相碰撞，碰撞后兩球的速度分別為v1＇和v2＇，

2、則由動(dòng)量守恒定律有： m1v1+m2v2=m1v1＇+m2v2＇ 【實(shí)驗(yàn)器材】 兩個(gè)小球（大小相等，質(zhì)量不等）；斜槽；重錘線；白紙；復(fù)寫(xiě)紙；天平；刻度尺；圓規(guī)． 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1.用天平分別稱(chēng)出兩個(gè)小球的質(zhì)量m1和m2； 圖-2 2.按圖-2安裝好斜槽，注意使其末端切線水平，并在地面適當(dāng)?shù)奈恢梅派习准埡蛷?fù)寫(xiě)紙，并在白紙上記下重錘線所指的位置O點(diǎn). 3.首先在不放被碰小球的前提下，讓入射小球從斜槽上同一位置從靜止?jié)L下，重復(fù)數(shù)次，便可在復(fù)寫(xiě)紙上打出多個(gè)點(diǎn)，用圓規(guī)作出盡可能小的圓，將這些點(diǎn)包括在圓內(nèi)，則圓心就是不發(fā)生碰撞時(shí)入射小球的平均位置P點(diǎn)（圖-40）； 4.將被碰

3、小球放在斜槽末端上，使入射小球與被碰小球能發(fā)生正碰； 5.讓入射小球由某一定高度從靜止開(kāi)始滾下，重復(fù)數(shù)次，使兩球相碰，按照步驟(3)的辦法求出入球落地點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落地點(diǎn)的平均位置N； 6.過(guò)ON在紙上做一條直線，測(cè)出OM、OP、ON的長(zhǎng)度； 7.將數(shù)據(jù)代入下列公式，驗(yàn)證公式兩邊數(shù)值是否相等（在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)）：m1·OP=m1·OM+m2·ON 【注意事項(xiàng)】 1．“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件． 2．測(cè)定兩球速度的方法，是以它們做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移代表相應(yīng)的速度． 3．斜槽末端必須水平，檢驗(yàn)方法是將小球放在平軌道上任何位置，看其能否都保持靜

4、止?fàn)顟B(tài)． 4．入射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量． 5．入射球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開(kāi)始滾下．方法是在斜槽上的適當(dāng)高度處固定一檔板，小球靠著檔板后放手釋放小球． 6．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變． 7．m1·OP=m1·OM+m2·ON式中相同的量取相同的單位即可． 【誤差分析】 誤差來(lái)源于實(shí)驗(yàn)操作中，兩個(gè)小球沒(méi)有達(dá)到水平正碰，一是斜槽不夠水平，二是兩球球心不在同一水平面上，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差．每次靜止釋放入射小球的釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時(shí)作用力就越大，動(dòng)量守恒的誤差就越小．應(yīng)進(jìn)行多次碰撞，落點(diǎn)取平均位置來(lái)確定，以減小偶然誤差． 下列一些原因可能使實(shí)驗(yàn)

5、產(chǎn)生誤差： 1．若兩球不能正碰，則誤差較大； 2．斜槽末端若不水平，則得不到準(zhǔn)確的平拋運(yùn)動(dòng)而造成誤差； 3．O、P、M、N各點(diǎn)定位不準(zhǔn)確帶來(lái)了誤差； 4．測(cè)量和作圖有偏差； 5．儀器和實(shí)驗(yàn)操作的重復(fù)性不好，使得每次做實(shí)驗(yàn)時(shí)不是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)． 【2013高考突破】 1．(8分)在驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)中，入射小球在斜槽軌道上釋放點(diǎn)的高低對(duì)實(shí)驗(yàn)影響的下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．釋放點(diǎn)越低，小球受阻力越小，入射小球速度越小，誤差越小 B．釋放點(diǎn)越低，兩球碰后水平位移越小，水平位移測(cè)量的相對(duì)誤差越小，兩球速度測(cè)量值越精確 C．釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時(shí)，相互作

6、用的內(nèi)力越大，碰撞前后總動(dòng)量之差越小，誤差越小 D．釋放點(diǎn)越高，入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ叫? 2．(8分)現(xiàn)有下列A、B、C、D四個(gè)小球，在做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，入射小球、被撞小球應(yīng)分別選用 (　　) A．質(zhì)量20g，直徑為3.2cm B．質(zhì)量22g，直徑為3.0cm C．質(zhì)量為40g，直徑為2.0cm D．質(zhì)量為4g，直徑為2.0cm 3．(8分)在本實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生誤差的主要原因是 (　　) A．碰撞前入射小球的速度方向，碰撞后入射小球的速度方向和碰撞后被碰小球的速度方向不是絕對(duì)沿水平方向 B．小球在空氣中飛行時(shí)受到空氣阻力

7、C．通過(guò)復(fù)寫(xiě)紙描得的各點(diǎn)，不是理想點(diǎn)，有一定的大小，從而帶來(lái)作圖上的誤差 D．測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)有誤差 4．(8分)做“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，稱(chēng)得小球的質(zhì)量m1＝0.1kg，m2＝0.05kg，應(yīng)選________做入射小球．斜槽末端邊緣在白紙上的投影為O，碰撞前后兩球多次落點(diǎn)的平均位置分別為P、M、N，但N點(diǎn)的位置模糊不清．請(qǐng)你根據(jù)動(dòng)量守恒和圖中的讀數(shù)判定N點(diǎn)的位置應(yīng)在________cm的刻度線上． 【解析】　根據(jù)入射球質(zhì)量大于被碰球質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)要求，應(yīng)選質(zhì)量為m1的小球做入射5．(8分)(1)“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置原來(lái)的教科書(shū)采用圖甲所示的方法，經(jīng)過(guò)編者修改后，現(xiàn)行的

8、教科書(shū)采用圖乙所示的方法．兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的區(qū)別在于：①懸掛重垂線的位置不同；②圖甲中設(shè)計(jì)有一個(gè)支柱(通過(guò)調(diào)整，可使兩球的球心在同一水平線上；上面的小球被碰離開(kāi)后，支柱立即倒下)，圖乙中沒(méi)有支柱，圖甲中的入射小球和被碰小球做平拋運(yùn)動(dòng)的拋出點(diǎn)分別在通過(guò)O、O′點(diǎn)的豎直線上，重垂線只確定了O點(diǎn)的位置，比較這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，下列說(shuō)法正確的是 (　　) A．采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，需要測(cè)出兩小球的直徑 B．采用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，需要測(cè)出兩小球的直徑 C．為了減小誤差，采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)使斜槽末端水平部分盡量光滑 D．為了減小誤差，采用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)使斜槽末

9、端水平部分盡量光滑 (2)在做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中： 如果采用(1)題圖乙所示裝置做實(shí)驗(yàn)，某次實(shí)驗(yàn)得出小球的落點(diǎn)情況如圖丙所示，圖中數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一，假設(shè)碰撞動(dòng)量守恒，則碰撞小球質(zhì)量m1和被碰撞小球質(zhì)量m2之比m1m2________. 6．(12分)用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律．質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為H的小支柱N上，O點(diǎn)到A球球心的距離為L(zhǎng)，使懸線在A球釋放前張直，且線與豎直線的夾角為α.A球釋放后擺動(dòng)到與豎直線夾角β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫(xiě)紙的白紙D.保持α角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，白紙上記錄到多個(gè)B球的

10、落點(diǎn)． (1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離． (2)為了驗(yàn)證兩球碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒，應(yīng)測(cè)得________、________、________、________、________、________、________等物理量． (3)用測(cè)得的物理量表示碰撞前后A球、B球的動(dòng)量：pA＝________，pA′＝________，pB＝________，pB′＝________. 7．(12分)在“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中，讓質(zhì)量為m1的小球從斜面上某處自由滾下，與靜止在斜槽末端質(zhì)量為m2的小球發(fā)生對(duì)心碰撞，則 (1)兩小球質(zhì)量的關(guān)系

11、應(yīng)滿足 (　　) A．m1＝m2　　　　　　　　 B．m1>m2 C．m1

12、和m2相碰后飛出的水平距離 8．(12分)某同學(xué)用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，先將球a從斜槽軌道上某固定點(diǎn)處由靜止開(kāi)始滾下，在水平面上的記錄紙上留下壓痕，重復(fù)10次，再把同樣大小的球b放在斜槽軌道水平端的最右端處?kù)o止，讓球a仍從原來(lái)固定點(diǎn)由靜止開(kāi)始滾下，且與b球相碰，碰后兩球分別落在記錄紙上的不同位置，重復(fù)10次． (1)確定小球的平均落點(diǎn)的方法是______________________． (2)放上被碰小球，兩球相碰后，小球a、b的平均落點(diǎn)位置依次是圖中的點(diǎn)________和點(diǎn)________． (3)a、b兩球在記錄紙

13、上留下的落點(diǎn)痕跡如圖所示，其中米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊，則撞后b球的水平射程應(yīng)為_(kāi)_______cm. (4)某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，不小心把a(bǔ)、b球位置換了，即把質(zhì)量較大的a球(質(zhì)量為ma)當(dāng)成了被碰球，把質(zhì)量較小的b球(質(zhì)量為mb)當(dāng)成了入射球．結(jié)果b球單獨(dú)滾下時(shí)，平均落點(diǎn)為C點(diǎn)，而b球與a球相碰后不能向前拋出，b球和a球平均落點(diǎn)分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)(如圖所示)．該同學(xué)測(cè)出了相關(guān)的物理量，利用這些數(shù)據(jù)也能判斷碰撞中的動(dòng)量守恒，判斷的依據(jù)是看________和________在誤差允許的范圍內(nèi)是否相等． 9．(12分)為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量是否守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞(碰撞過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械

14、能損失)，某同學(xué)選取了兩個(gè)體積相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． ①用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且m1>m2)． ②按照如圖所示，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端的切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端． ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開(kāi)始滾下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置． ④將小球m2放在斜槽前端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處滾下，使它們發(fā)生碰撞，記下小球m1和小球m2在斜面上的落點(diǎn)位置． ⑤用毫米刻度尺量出各個(gè)落點(diǎn)到斜槽末端點(diǎn)B的距離．上圖中D、E、F點(diǎn)是該同學(xué)記下的小球在斜面上的幾個(gè)落點(diǎn)位置，到B點(diǎn)的距離分別為L(zhǎng)D、L

15、E、LF. 根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題： (1)小球m1與m2發(fā)生碰撞后，m1的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn)，m2的落點(diǎn)是圖中的________點(diǎn)； (2)用測(cè)得的物理量來(lái)表示，只要滿足關(guān)系式________，則說(shuō)明碰撞中的動(dòng)量是守恒的． 10．(12分)如圖所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶有豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A和B做“探究碰撞中的守恒”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷(xiāo)卡住A和B，在A和B的固定擋板間放入一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)； ②按下電鈕使電動(dòng)卡銷(xiāo)放開(kāi)，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下A至C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1，B至D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2； ③重復(fù)幾次取t1和t2的平均值． (1)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意____________________； (2)應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有______________________； (3)只要關(guān)系式________成立， 即可得出碰撞中不變的量是mv的矢量和．