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实验12 验证动量守恒定律
1．(2016·湖南益阳模拟)(1)利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”这一实验。实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选下图中的__乙__(填“甲”或“乙”)，若要求碰撞动能损失最小则应选下图中的__甲__(填“甲”或“乙”)。(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)导学号
(2)某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图所示，已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10cm处。若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的__2.5T__时刻，A、B两滑块质量比mA∶mB＝__2∶3__。
[解析] (1)若要求碰撞时动能损失最大，则需两物体碰撞后结合在一起，故应选图中的乙；若要求碰撞时动能损失最小，则应使两物体发生完全弹性碰撞，即选图中的甲。
(2)由图可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10cm处，第二次A在x＝30cm处，第三次A在x＝50cm处，碰撞在x＝60cm处。从第三次闪光到碰撞的时间为，则可知碰撞发生
2在第1次闪光后的2.5T时刻。设碰前A的速度为v，则碰后A的速度为，B的速度为v，根
2
TvvmA2
据动量守恒定律可得mAv＝－mA·＋mB·v，解得＝。
2mB3
2．(2017·黑龙江哈师大附中检测)如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。导学号
(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量__C__(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。
A．小球开始释放高度h B．小球抛出点距地面的高度H C．小球做平抛运动的射程
(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。
然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是__A、D、E或D、A、E__(填选项前的符号)
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A．用天平测量两个小球的质量m1、m2 B．测量小球m1开始释放高度h C．测量抛出点距地面的高度H
D．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N E．测量平抛射程OM、ON
(3)经测定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，则p1∶p1′＝__14__∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，则p1′∶p2′＝11∶__2.9__。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值__1.01__(此问结果保留三位有效数字)
[解析] (1)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出的高度相同，故它们在空中的运动时间t相等，水平位移x＝v0t，即水平位移与初速度成正比，故实验中不需要测量时间，也就不需要测量桌面度H，只需要测量小球做平抛运动的射程，选项C正确。
(2)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出点的高度相同，故它们在空中的运动时间tp1
p1′＋p2′
为
OP相等，水平位移x＝v0t，知v0＝
OM，v1＝
ON，v2＝
tOMtt，由动量守恒定律知m1v0＝m1v1＋m2v2，
OP将速度表达式代入得m1
ON＋m2
t＝m1
tt，解得m1OP＝m1OM＋m2ON，故要完成的必要
步骤是A、D、E或D、A、E。
OP(3)碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，由题意知p1＝m1v0＝m1
OM，p1′＝m1v1＝m1
tt，
故p1∶p1′＝OP∶OM＝44.80∶35.20＝14∶11；若碰撞结束时m2的动量为p2′，p2′＝m2v2
ON＝m2
t，故p1′∶p2′＝m1·OM∶m2·ON＝11∶2.9，碰撞前、后总动量的比值
pp1′＋p2′
m1OP＝
m1OM＋m2ON＝1.01。
3．(2016·浙江宁波期末)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a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。导学号
(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；
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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和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__接通打点计时器的电源__，然后__放开滑块1__，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的质量为310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g。 完善实验步骤⑥的内容。
(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为__0.620__kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为__0.618__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__纸带与打点计时器限位孔有摩擦__。 [解析] (1 )实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块。 (2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0＝m1v0，v0＝
0.2
m/s＝2m/s，p0＝0.1
0.310×2kg·m/s＝0.620kg·m/s。作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v，v＝0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/s。
(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦。
0.168
m/s＝1.2m/s，p＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.14
2020版高考物理一轮复习第11章动量守恒定律实验12验证动量守恒定律模拟新人教版选修3_5
