2011高考專題典例解析驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)13:驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律【例1】如圖實(shí)所示,在做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí),入射小球在斜槽上釋放點(diǎn)的高低直接影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,下列說法正確的有（）A.釋放點(diǎn)越高,兩球相碰時(shí)相互作用的內(nèi)力越大,外力（小支柱對(duì)被碰小球作用力）的沖量就相對(duì)越小,碰撞前后總動(dòng)量之差越小,因而誤差越小B.釋放點(diǎn)越高,入射小球?qū)Ρ慌鲂∏虻淖饔昧υ酱?小支柱對(duì)被碰小球作用力越小C.釋放點(diǎn)越低,兩球飛行的水平距離越接近,測(cè)量水平位移的相對(duì)誤差就小D.釋放點(diǎn)越低,入射小球速度越小,小球受阻力就小,誤差就小答案 A【例2】如右圖所示,在做“碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中,所用鋼球質(zhì)量m1=17 g,玻璃球的質(zhì)量為m2=5.1 g,

2、兩球的半徑均為r=0.80 cm,某次實(shí)驗(yàn)得到如下圖所示的記錄紙（最小分度值為1 cm）,其中P點(diǎn)集為入射小球單獨(dú)落下10次的落點(diǎn),M和N點(diǎn)集為兩球相碰并重復(fù)10次的落點(diǎn),O是斜槽末端投影點(diǎn).（1）安裝和調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置的兩點(diǎn)主要要求是:.（2）在圖中作圖確定各落點(diǎn)的平均位置,并標(biāo)出碰撞前被碰小球的投影位置O.（3）若小球飛行時(shí)間為0.1 s,則入射小球碰前的動(dòng)量p1=kgm/s,碰后的動(dòng)量p1=kgm/s,被碰小球碰后的動(dòng)量p2=kgm/s（保留兩位有效數(shù)字）答案（1）斜槽末端要水平,小支柱到槽口的距離等于小球直徑且兩小球相碰時(shí)球心在同一水平線上（2）略（3）0.034 0.020 0.013【

3、例3】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn):在小車A的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車A使之做勻速運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體,繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng).他設(shè)計(jì)的裝置如圖（a）所示.在小車A后連著紙帶,電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50 Hz,長木板下墊著小木片以平衡摩擦力.（1）若已測(cè)得打點(diǎn)紙帶如圖（b）所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距（已標(biāo)在圖示上）.A為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),則應(yīng)選段來計(jì)算A碰前的速度.應(yīng)選段來計(jì)算A和B碰后的共同速度（以上兩空選填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）.（2）已測(cè)得小車A的質(zhì)量m1=0.4 kg,小車B的質(zhì)量為m2=0.2 kg,則碰前兩小車的總動(dòng)量

4、為kgm/s,碰后兩小車的總動(dòng)量為kgm/s.答案（1）BC DE （2）0.420 0.417【例4】氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實(shí)驗(yàn)儀器,它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊,使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上,滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)可視為沒有摩擦.我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌和滑塊A和B驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,采用的實(shí)驗(yàn)步驟如下:a.用天平分別測(cè)出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB;b.調(diào)整氣墊導(dǎo)軌,使導(dǎo)軌處于水平;c.在A和B間放入一個(gè)被壓縮的輕彈簧,用電動(dòng)卡銷鎖定,靜止放置在氣墊導(dǎo)軌上;d.用刻度尺測(cè)出A的左端至C板的距離L1;e.按下電鈕放開卡銷,同時(shí)分別記錄滑塊A、B運(yùn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)時(shí)器開始工

5、作,當(dāng)A、B滑塊分別碰撞C、D擋板時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束,記下A、B分別到達(dá)C、D的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1和t2.（1）實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量及其符號(hào)是.（2）利用上述測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是,上式中算得的A、B兩滑塊的動(dòng)量大小并不完全相等,產(chǎn)生誤差的原因有（至少答出兩點(diǎn)）.答案A、B兩滑塊被壓縮的彈簧彈開后,在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)可視為勻速運(yùn)動(dòng),因此只要測(cè)出A與C的距離L1,B與D的距離L2及A到C,B到D的時(shí)間t1和t2.測(cè)出兩滑塊的質(zhì)量,就可以用mA=mB驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒.（1）實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)測(cè)量的物理量為B與D的距離,符號(hào)為L2.（2）驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是mA=mB,產(chǎn)生誤差的原因:L1、L

6、2、mA、mB的數(shù)據(jù)測(cè)量誤差.沒有考慮彈簧推動(dòng)滑塊的加速過程.滑塊并不是標(biāo)準(zhǔn)的勻速直線運(yùn)動(dòng),滑塊與導(dǎo)軌間有少許摩擦力.1.在做“碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中,入射球每次滾下都應(yīng)從斜槽上的同一位置無初速釋放,這是為了使（）A.小球每次都能水平飛出槽口B.小球每次都以相同的速度飛出槽口C.小球在空中飛行的時(shí)間不變D.小球每次都能對(duì)心碰撞答案 B2.在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)”中,下列關(guān)于小球落點(diǎn)的說法,正確的是（）A.如果小球每次從同一點(diǎn)無初速度釋放,重復(fù)幾次的落點(diǎn)一定是重合的B.由于偶然因素的存在,重復(fù)操作時(shí)小球落點(diǎn)不重合是正常的,但落點(diǎn)應(yīng)當(dāng)比較密集C.測(cè)定P的位置時(shí),如果重復(fù)10次的落點(diǎn)分別是P1

7、,P2,P3,P10,則OP應(yīng)取OP1、OP2、OP3、OP10的平均值,即:OP=D.用半徑盡可能小的圓把P1、P2、P3,P10圈住,這個(gè)圓的圓心是入射小球落點(diǎn)的平均位置P答案 BD3.如圖所示為實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.（1）若入射小球質(zhì)量為m1,半徑為r1;被碰小球質(zhì)量為m2,半徑為r2,則（）A.m1m2,r1r2B.m1m2,r1m2,r1=r2D.m1m2,r1=r2（2）為完成此實(shí)驗(yàn),以下所提供的測(cè)量工具中必需的是.（填下列對(duì)應(yīng)的字母）A.直尺B.游標(biāo)卡尺C.天平D.彈簧秤E.秒表（3）設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1,被碰小球的質(zhì)量為m2,P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置,則

8、關(guān)系式（用m1、m2及圖中字母表示）成立,即表示碰撞中動(dòng)量守恒.答案（1）C（2）AC（3）m1=m1 +m24.（2009青島模擬）用半徑相同的兩小球A、B的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖所示,斜槽與水平槽圓滑連接.實(shí)驗(yàn)時(shí)先不放B球,使A球從斜槽上某一固定點(diǎn)C由靜止?jié)L下,落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡.再把B球靜置于水平槽前端邊緣處,讓A球仍從C處由靜止?jié)L下,A球和B球碰撞后分別落在記錄紙上留下各自的痕跡.記錄紙上的O點(diǎn)是重垂線所指的位置,若測(cè)得各落點(diǎn)痕跡到O的距離:=2.68 cm,=8.62 cm,=11.50 cm,并知A、B兩球的質(zhì)量比為21,則未放B球時(shí)A球落地點(diǎn)是記錄

9、紙上的點(diǎn),系統(tǒng)碰撞前總動(dòng)量p與碰撞后總動(dòng)量p的百分誤差=%（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）.答案 P 25.某同學(xué)用圖實(shí)甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,圖中PQ是斜槽,QR為水平槽.實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開始滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡,重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡.再把B球放在水平槽上靠近末端的地方,讓A球仍從位置G由靜止開始向下運(yùn)動(dòng),和B球碰撞后,A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)這種操作10次.在圖甲中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn),B球落點(diǎn)痕跡如圖乙所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面

10、,米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊.（1）碰撞后B球的水平射程應(yīng)取為cm.（2）在以下選項(xiàng)中,本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行測(cè)量的有（）A.測(cè)量A球和B球的質(zhì)量（或兩球質(zhì)量之比）B.測(cè)量G點(diǎn)相對(duì)于水平槽面的高度C.測(cè)量R點(diǎn)相對(duì)于水平地面的高度D.A球和B球碰撞后,測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離E.水平槽上未放B球時(shí),測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離F.測(cè)量A球或B球的直徑答案（1）64.7 （2）ADE6.如圖所示裝置來驗(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,使懸線在A球釋放前伸直,且線與豎直線夾角為,A球釋放后擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與B球正碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直線夾角處,B球落到地面上,地面上鋪