1、1专题 17 力学实验(二)1（2019 江苏泰州 12 月联考）下图为验证动量守恒定律的实验装罝，实验中选取两个半径相同、质量不等的小球，按下面步骤进行实验：用天平测出两个小球的质量分别为叫 m1和叫 m2; 安装实 验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端切线水平，再将一斜面 BC 连接在斜槽末端；先不放小球 m2,让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，标记小球在斜 面上的落点位罝 P;将小球 m2放在斜槽末端 B 处，仍让小球 m1从斜槽顶端 A 处由静止释放，两球发生碰撞， 分别标 记小球m1,、m 2在斜面上的落点位置；用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端 B 的距离。图中从
2、 M、P、N 点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置，从 M、P、N 到 B 点的距离分别为 SM、S P、S N.依据上述实验步骤，请回答下面问题：（1）两小球的质量 m1、m 2应满足 m1_m2(填写 “”，“=”或“m2。（2）要验证动量守恒定律，需测量小球的质量和三个落点到 B 点的距离。故提供的测量工具中必需的是AC。（3）碰撞前，小球 m1落在图中的 P 点，设其水平初速度为 。小球 m1、m 2发生碰撞后，m 1的落点在图中的 M 点，设其水平初速度为 ，m 2的落点在图中的 N 点，设其水平初速度为 。设斜面与水平间的倾角为，由平抛运动规律得： 、2解得：同理可得：
3、、只要满足 即 ，就可以说明两球碰撞前后动量是守恒的。2.（2019 辽宁大连八中质检）为了验证碰撞中的动量守恒和检验两个小球的碰撞是否为弹性碰撞 碰撞过程中没有机械能损失 ，某同学选取了两个体积相同、质量不相等的小球，按下述步骤做了如下实验：A.用天平测出两个小球的质量分别为 和 ，且 ；B.按照如图所示的那样，安装好实验装置，将斜槽 AB 固定在桌边，使槽的末端点的切线水平。将一斜面BC 连接在斜槽末端；C.先不放小球 ，让小球 从斜槽顶端 A 处由静止开始滚下，记下小球在斜面上的 落点位 置；D.将小球 放在斜槽前端边缘上，让小球 从斜槽顶端 A 处滚下，使它们发生碰撞，记下小球 和小球
4、在斜面上的落点位置；D.用毫米刻度尺量出各个落点位置到斜槽末端点 B 的距离。图中 D、 E、 F 点是该同学记下的小球在斜面上的几个落点位置，到 B 点的距离分别为 、 、 。根据该同学的实验，请你回答下列问题：小球 与 发生碰撞后， 的落点是图中的_点， 的落点是图中的_点。用测得的物理量来表示，只要满足关系式_，则说明碰撞中动量是守恒的。用测得的物理量来表示，只要再满足关系式_，则说明两小球的碰撞是弹性碰撞。【参考答案】（1） D F （2） 【名师解析】解： 小球 和小球 相撞后，小球 的速度增大，小球 的速度减小，都做平抛运动，所以碰撞后 球的落地点是 D 点， 球的落地点是 F 点
5、；3即： ；则说明两球碰撞过程中动量守恒；若两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失。则要满足关系式即【方法归纳】小球 和小球 相撞后，小球 的速度增大，小球 的速度减小，都做平抛运动，由平抛运动规律不难判断出；设斜面 BC 与水平面的倾角为 ，由平抛运动规律求出碰撞前后小球 和小球 的速度，表示出动量的表达式即可求解；若两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失；根据机械能守恒定律可求得表达式。本题利用平抛运动的规律考查动量守恒定律的验证，题目较为新颖，要学会运用平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度；从而验证动量守恒定律；同时注意两小球的碰撞是弹性碰撞，则碰撞前后机械能没有损失
6、。4.（2019 河北衡水质检）如图 1 所示，用半径相同的 A、 B 两球的碰撞可以验证“动量守恒定律”。实验时先让质量为 的 A 球从斜槽上某一固定位置 C 由静止开始滚下，进入水平轨道后，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作 10 次，得到 10 个落点痕迹。再把质量为 的 B 球放在水平轨道末端，让 A 球仍从位置 C 由静止滚下， A 球和 B 球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作 10 次。 M、 P、 N 为三个落点的平均位置，未放 B 球时， A 球的落点是 P 点，0 点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图
7、2 所示。4在这个实验中，为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足 _ 填“ ”或“ ” ；除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还必须使用的两种器材是_。A.秒表 天平 刻度尺 打点计时器下列说法中正确的是_。A.如果小球每次从同一位置由静止释放，每次的落点一定是重合的B.重复操作时发现小球的落点并不重合，说明实验操作中出现了错误C.用半径尽量小的圆把 10 个落点圈起来，这个圆的圆心可视为小球落点的平均位置D.仅调节斜槽上固定位置 C，它的位置越低，线段 0P 的长度越大在某次实验中，测量出两个小球的质量 、 ，记录的落点平均位置 M、 N 几乎与 OP 在同一条直线上，测量出
8、三个落点位置与 0 点距离 OM、 OP、0 N 的长度。在实验误差允许范围内，若满足关系式_，则可以认为两球碰撞前后在 OP 方向上的总动量守恒；若碰撞是弹性碰撞。那么还应满足关系式_。 用测量的量表示在 OP、0 M、0 N 这三个长度中，与实验所用小球质量无关的是_，与实验所用小球质量有关的是_。某同学在做这个实验时，记录下小球三个落点的平均位置 M、 P、 N，如图 3 所示。他发现 M 和 N 偏离了0P 方向。这位同学猜想两小球碰撞前后在 OP 方向上依然动量守恒，他想到了验证这个猜想的办法：连接OP、 OM、 ON，作出 M、 N 在 OP 方向上的投影点 、 分别测量出 OP、
9、 、 的长度。若在实验误差允许的范围内，满足关系式：_，则可以认为两小球碰撞前后在 OP 方向上动量守恒。【参考答案】故答案为： ； BC； ； OM 和 ON；5。【名师解析】为了防止入射球碰后反弹，应让入射 球的质量大于被碰球的质量；小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间相同，小球的水平位移与其初速度成正比，可以用小球的水平位移代替小球的初速度，实验需要验证： ，因小球均做平抛运动，下落时间相同，则可知水平位移 ，因此可以直接用水平位移代替速度进行验证，故有 ，实验需要测量小球的质量、小球落地点的位置，测量质量需要天平，测量小球落地点的位置需要毫米刻度尺，因此需要的实验器材有： B
10、C；若两球相碰前后的动量守恒，则 ，又 ， ， ，代入得：若碰撞是弹性碰撞，满足动能守恒，则： ，代入得； 根据实验原理可知， OP 是放一个小球时的水平射 程，小球的速度与质量无关，故 OP 与质量无关；而碰后两球的速度与两球的质量有关，所以碰后水平射程与质量有关 ；如图所示，连接 OP、 OM、 ON，作出 M、 N 在 OP 方向上的投影点 、 ，如图所示。分别测量出 OP、 的长度。若在实验误差允许范围内，满足关系式： ，则可以认为两小球碰撞前后在 OP方向上动量守恒。【方法归纳】明确实验原理，从而确定需要测量哪些物理量；在该实验中，小球做平抛运动， H 相等，时间 t 就相等，水平位
11、移 ，与 v 成正比，因此可以用位移 x 来代替速度 v。根据水平方向上的分运动即可验证动量守恒；根据动量守恒定律以及平抛运动规律可确定对应的表达式。该题考查用“碰撞试验器”验证动量守恒定律，该实验中，虽然小球做平抛运动，但是却没有用到速度和时间，而是用位移 x 来代替速度 v，成为是解决问题的关键。要注意理解该方法的使用。5.（2019 浙江模拟）某同学用图 1 所示装置做验证动量守恒定律的实验 先将 A 球从斜槽轨道上某固定点6C 处由静止开始释放，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复 10 次；再把同样大小的 B 球放在斜槽轨道末端水平段的最右端附近静止，让 A 球仍从原固定点 C 处由
12、静止开始释放，和 B 球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次 从左向右依次是 M、 P、 N 点本实验必须测量的物理量是_A.斜槽轨道末端到水平地面的高度 HB.小球 A、 B 的质量 、C.小球 A、 B 的半径 rD.记录纸上 O 点到 M、 P、 N 各点的距离 OM、 OP、 ON小球 A、 B 的质量 、 应满足 _ 填“ ”、“ ”、“ ” 为测定未放 B 小球时，小球 A 落点的平均位置，把刻度尺的零刻线跟记录纸上的 O 点对齐，如图 2 所示给出了小球 A 落点附近的情况，由图可知 OP 距离应为_ cm按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_【参考答案】 ；
13、 ； 均可 ；【名师解析】小球离开轨道后做平抛运动，小球在空中的运动时间 t 相等，如果碰撞过程动量守恒，则 ，两边同时乘以时间 t 得： ，则 ，因此 A 实验需要测量：两球的质量，两球做平抛运动的水平位移，故选 BD为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量 大于 找出平均落点，由图 2 所示可知，刻度尺分度值是 1mm，刻度尺示数为 由 可知，实验需要验证的表达式为： 【方法归纳】： 根据动量守恒定律求出需要验证的表达式，然后根据表达式分析答题为防止碰撞过程入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量7根据图示读出小球落点的水平距离根据动量守恒分析答题本题考查了实验需要测量的
14、量、实验注意事项、实验原理、刻度尺读数、动量守恒表达式，解题时需要知道实验原理，对刻度尺读数时要先确定其分度值，然后再读数，读数时视线要与刻度线垂直；求出需要实验要验证的表达式是正确答题的前提与关键6.（2019 内蒙古包头四中质检）某同学利用如图所示的实验装置来测量重力加速度 g。细绳跨过固定在铁架台上的轻质滑轮，两端各悬挂一只质量为 M 的重锤。实验操作如下：用米尺量出重锤 1 底端距地面的高度 H；在重锤 1 上加上质量为 m 的小钩码；左手将重锤 2 压在地面上，保持系统静止。释放重锤 2，同时右手开启秒表，在重锤 1 落地时停止计时，记录下落时间；重复测量 3次下落时间，取其平均值作
15、为测量值 t。请回答下列问题：步骤 可以减小对下落时间 t 测量的_ 选填“偶然”或“系统” 误差。实验要求小钩码的质量 m 要比重锤的质量 M 小很多，主要是为了_。使 H 测得更准确使重锤 1 下落的时间长一些使系统的总质量近似等于 2M使细绳的拉力与小钩码的重力近似相等滑轮的摩擦阻力会引起实验误差。现提供一些橡皮泥用于减小该误差，可以怎么做？使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为 用实验中的测量量和已知量表示 g，得 _。 8【参考答案】 偶然； ； 可以在重锤 1 上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至轻拉重锤 1 时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力；
16、由以上的分析可知，小钩码的质量 m 要比重锤的质量 M 小很多，可以增大运动的时间。故 B 正确；由以上的分 析可知，系统的总质量近似等于 2M 与小钩码的质量 m 要比重锤的质量 M 小很多没有关系。故C 错误；绳子对重锤 2 的拉力： 当小钩码的质量 m 要比重锤的质量 M 小很多时，细绳的拉力与重锤的重力近似相等。故 D 错误。滑轮的摩擦阻力会引起实验误差，减小该误差，可以采用平衡摩擦力的方法，如：在重锤 1 上粘上橡皮泥，调整橡皮泥的质量，直至轻拉重锤 1 时，能观察到重锤匀速下落，这时即可平衡摩擦力。使用橡皮泥改进实验后，重新进行实验测量，并测出所用橡皮泥的质量为 。此时由牛顿第二定律可得： 其中：联立得： 落的过程做匀加速直线运动，则：所以： 9【方法归纳】 根据误差产生的原因分析是哪一种误差；分析实验的步骤，明确实验的原理，结合实验的原理与注意的问题，分析实验要求小钩码的质量 m 要比重锤的质量 M 小很多的目的；根据实验的要求，分析平衡摩擦力的方法即可；结合实验原理，即可求出重力加速度的表达式。明确各种实验仪器的使用方法和实验的实验原理是解决实验问题的关键，注意实验过程中平衡摩擦阻力的影响的方法与验证机械能守恒的实验中平衡摩擦力的方法是相同的。
