资源简介

力学实验（3）——高考物理二轮复习实验清单大全
实验九：验证动量守恒定律
考点平均卷面分：9；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验目的
验证一维碰撞中的动量守恒定律。
二、实验原理
在一维碰撞中，测出相碰的两物体的质量m1、m2和碰撞前、后物体的速度v1、v2、v1′、v2′，算出碰撞前的动量p=m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′=m1v1′＋m2v2′，看碰撞前、后动量是否相等。
三、实验器材
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验
光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。
方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验
斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。
四、实验过程
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.测质量：用天平测出滑块质量。
2.安装：正确安装好气垫导轨，如图所示。
3.实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度（①改变滑块质量；②改变滑块的初速度大小和方向）。
4.验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验
1.测质量：用天平测出两小车的质量。
2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，如图所示。
3.实验：接通电源，让小车A运动，小车B静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一个整体运动。
4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间，由v=算出速度。
5.改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
6.验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验
1.测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。
2.安装：安装实验装置，如图所示。调整固定斜槽使斜槽底端水平。
3.铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好。记下重垂线所指的位置O。
4.放球找点：不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心P就是小球落点的平均位置。
5.碰撞找点：把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。用步骤4的方法，标出碰后入射小球落点的平均位置M和被撞小球落点的平均位置N。如图所示。
6.验证：连接ON，测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。最后代入m1·OP=m1·OM＋m2·ON，看在误差允许的范围内是否成立。
7.整理：将实验器材放回原处。
五、数据处理
方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验
1.滑块速度的测量：v=，式中Δx为滑块挡光片的宽度（仪器说明书上给出，也可直接测量），Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。
2.验证的表达式：m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′。
方案二：利用长木板上两车碰撞完成一维碰撞实验
1.小车速度的测量：v=，式中Δx是纸带上两计数点间的距离，可用刻度尺测量，Δt为小车经过Δx的时间，可由打点间隔算出。
2.验证的表达式：m1v1＋m2v2=m1v1′＋m2v2′。
方案三：利用斜槽滚球完成一维碰撞实验
验证的表达式：m1·OP=m1·OM＋m2·ON。
六、误差分析
1.系统误差：主要来源于装置本身。
（1）碰撞不是一维。
（2）实验不满足动量守恒的条件，如气垫导轨不水平，用长木板实验时没有平衡摩擦力，两球不等大。
2.偶然误差：主要来源于质量m1、m2和碰撞前后速度（或水平射程）的测量。
七、注意事项
1.前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。
2.方案提醒
（1）若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。
（2）若利用两小车相碰进行验证，要注意平衡摩擦力。
（3）若利用平抛运动规律进行验证：
①斜槽末端的切线必须水平；
②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；
③选质量较大的小球作为入射小球；
④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变。
探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不变。
【试题练习】
1.用如图甲所示装置可研究斜槽末端两小球碰撞时的动量守恒。
（1）下列相关说法正确的有_______。
A.安装轨道时，必须选择光滑的斜槽
B.铅垂线的作用是确定小球抛出点在水平地面上的垂直投影位置
C.实验中必须测量小球下落的高度
D.同一组实验中入射小球必须从同一高度释放
（2）实验中需选择合适的两小球发生碰撞，现提供如图乙所示的三个小球，则入射小球应选择_______，被撞小球应选择_______（填图乙中的序号）。
（3）如图丙，白纸上记录了多次重复实验的数据，其中O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，则B处对应小球的落地点与O点的距离为_______cm；若入射小球的质量为，被撞小球的质量为，A、B、C三处落点与O点的距离记作、、，则实验需要验证的等式为_______。
1.答案：（1）D
（2）钢球1；钢球2
（3）22.10；
解析：（1）A.为保证小球水平飞出，轨道末端必须水平，不必须选择光滑的斜槽，故A错误；
B.铅垂线有助于标记抛出点在水平面上的位置，故B错误；
C.小球每次平抛运动的时间均相等，不需要测量高度，故C错误；
D.同一组实验中，为保证小球到达斜槽底端的速度相同，入射小球必须从同一高度释放，故D正确。
故选D。
（2）为减小实验误差，应选择钢球，为避免反弹，入射小球的质量一定要大于被撞小球，结合题意，入射小球选择钢球1，被撞小球选择钢球2。
（3）如图，B处对应小球的落地点与O点的距离为22.10cm。小球运动时间均相等，根据动量守恒
则实验需要验证的等式为
2.某同学设计了一个如图所示的实验装置验证动量守恒定律。小球A底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条，用悬线悬挂在O点。光电门固定在O点正下方铁架台的托杆上，小球B放在竖直支撑杆上，杆下方悬挂一重锤，小球A（包含遮光条）和B的质量用天平测出分别为、，拉起小球A一定角度后释放，两小球碰撞前瞬间，遮光条刚好通过光电门，碰后小球B做平抛运动而落地，小球A反弹右摆一定角度，计时器的两次示数分别为、。小球B离地面的高度为h，小球B平抛的水平位移为x。
(1)关于实验过程中的注意事项，下列说法正确的是___________（填正确答案标号）。
A.小球A的质量要大于小球B的质量
B.要使小球A和小球B发生对心碰撞
C.应使小球A由静止释放
(2)某次测量实验中，该同学测量数据如下：，，，，，重力加速度g取，若小球A（包含遮光条）与小球B的质量之比为___________，则动量守恒定律得到验证，根据数据可以得知小球A和小球B发生的碰撞是__________（填“弹性”或“非弹性”）碰撞。
2.答案：(1)B
(2);非弹性
解析：（1）A.根据题意可知，碰撞后入射球反弹，则要求入射球A的质量小于被碰球B的质量，故A错误；
B.实验时要使小球A和小球B发生对心碰撞，故B正确；
C.由于碰撞前后小球A的速度由光电门测出，则小球A释放不一定从静止开始，故C错误。
故选B。
（2）碰撞前后小球A的速度由光电门测出，则有
设小球B碰撞后的速度为，根据平抛运动规律有，
解得
若碰撞前后动量守恒，则有
解得
碰撞前系统的动能为
而碰撞后系统的动能为
由于
小球A和小球B发生的碰撞是非弹性碰撞。
实验十：用单摆测定重力加速度
考点平均卷面分：9；考查频次：中。
【知识梳理】
一、实验原理
由单摆的周期公式T=2π，可得出g=l，测出单摆的摆长l和振动周期T，就可求出当地的重力加速度g。
二、实验器材：
单摆、游标卡尺、毫米刻度尺、停表。
三、实验步骤
（1）做单摆：取约1 m长的细丝线穿过带中心孔的小钢球，并打一个比小孔大一些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，让摆球自然下垂，如图所示。
（2）测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L（精确到毫米），用游标卡尺测出摆球直径D，则单摆的摆长l=L＋。
（3）测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度（小于5°），然后释放摆球，记下单摆摆动30～50次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即单摆的振动周期。
（4）改变摆长，重做几次实验。
四、数据处理
（1）公式法：g=。
（2）图象法：画l-T2图象。
g=4π2k，k==。
五、注意事项
（1）悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。
（2）单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5°。
（3）选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数。
（4）摆球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L，用游标卡尺测量小球的直径，然后算出摆球的半径r，则摆长 l=L＋r。
（5）选用1 m左右的细线。
【试题练习】
3.某同学用如图所示装置测量重力加速度.铁架台上固定着光电门，小铁球被吸在电磁铁上，调节光电门的位置，使小球下落时球心正好通过光电门.两光电门与数字计时器相连，能记录小球从光电门A运动到光电门B的时间.
（1）用游标卡尺测量小球直径，读数如图乙所示，则小球的直径为______cm；
（2）给电磁铁断电，小球自由下落，测得小球通过光电门及从光电门A到光电门B的时间分别为、和，测得当地的重力加速度______（用、和和d表示）；
（3）改变实验方法，给电磁铁断电，小球自由下落，测得小球通过光电门B所用的时间t，同时用刻度尺测出两光电门间的高度差h，保持电磁铁和光电门A的位置不变，调节光电门B的位置，重复实验，测得多组t和h，作图像，得到图像的斜率为k，测得当地的重力加速度______（用k，d表示）.
3.答案：（1）1.05（2）（3）
解析：（1）用游标卡尺测小球直径为；
（2）由，得；
（3）由得，结合题意知，，解得.
4.（1）某小组用单摆测定重力加速度的实验装置如图1所示。若测出单摆30次全振动的时间t、摆线长l、摆球直径d，则当地的重力加速度_______（用测出的物理量表示）。
某同学用一个铁锁代替小球做实验。只改变摆线的长度，测量了摆线长度l不同时单摆的周期T，该同学后续测量了多组实验数据做出了图像，该图像对应图中_______。
该同学用图像法处理数据，若不考虑测量误准，计算均无误，算出重力加速度g的测量值，与重力加速度g真实值相比是_______的（选填“偏大”“偏小”或“相同”）。
（2）另外一个实验小组设计了如图2所示的实验装置测速度并验证动量守恒定律。图中水平桌面上放置气垫导轨，导轨上有光电门1和光电门2，它们与数字计时器相连，弹性滑块A、B质量分别为、，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，让B保持静止，轻推A，实验中为确保碰撞后滑块A继续向前运动，则、应满足的关系是_______（填“大于”“等于”或“小于”）。
实验先调节气垫导轨成水平状态，再轻推滑块A，测得A通过光电门1的遮光时间为，A与B相碰后，B和A先后经过光电门2的遮光时间分别为和，在实验误差允许的范围内，若满足关系式_______（用字母、、、、表示），则可认为验证了动量守恒定律。
4.答案：（1）；B；相同（2）大于；
解析：（1）摆长为，周期为，根据单摆的周期公式，可得当地的重力加速度；将周期公式，变形可得，设铁锁的重心与摆线底端的距离为r，则有，可知图像为倾斜的直线，且纵截距为正值，故B正确，ACD错误。图像的斜率与图像的斜率相同均为，故用图像法处理数据，算出重力加速度g的测量值，与重力加速度g真实值相比是相同的。
（2）为防止碰撞后入射滑块反弹，入射滑块的质量应大于被碰滑块的质量，故为确保碰撞后滑块A继续向前运动，需满足。根据光电门的测速原理，可知碰撞前A的速度为，A与B相碰后B的速度为，A的速度为，以A碰撞前运动方向为正方向，根据动量守恒定律可得，整理可得满足的关系式为:。

展开更多......

收起↑