2020-2021學(xué)年高二物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)同步課時(shí)作業(yè) （4）實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律

1、2020-2021學(xué)年高二物理人教版（2019）選擇性必修第一冊(cè)同步課時(shí)作業(yè) （4）實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1.某中學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”時(shí)，利用了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究，下列說法正確的是( )A.要求斜槽一定是光滑的且斜槽的末端必須水平B.入射球每次釋放點(diǎn)的高度可以任意調(diào)節(jié)C.入射球和被碰球的直徑必須相等D.入射球的質(zhì)量必須與被碰球的質(zhì)量相等2.若采用圖中甲、乙兩種實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律(圖中小球半徑相同、質(zhì)量均已知,且,B的球心與在同一水平線上),下列說法正確的是( )A. 采用圖甲所示的裝置,必須測(cè)量和的距離B. 采用圖乙所示的裝置,必須測(cè)量和的距離C. 采用圖甲所

2、示的裝置,若,則表明此碰撞動(dòng)量守恒D. 采用圖乙所示的裝置,若,則表明此碰撞機(jī)械能守恒3.在"碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)"中,實(shí)驗(yàn)必須滿足的條件是(   )A.斜槽軌道必須光滑B.斜槽軌道末端的切線必須水平C.人射小球每次都要從同一高度由靜止?jié)L下D.碰撞的瞬間,入射小球和被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行4.某同學(xué)用如圖甲所示的裝置來探究碰撞中的守恒量,圖中是斜槽,為水平槽,圖乙是多次實(shí)驗(yàn)中某球落到位于水平地面記錄紙上得到的10個(gè)落點(diǎn)痕跡,有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的一些說法,不正確的有( )A.人射球和被碰球必須是彈性好的,且要求兩球的質(zhì)量相等,大小相同B.被碰球靜止放

3、在槽口,入射球必須每次從軌道的同一位置由靜止釋放C.小球碰撞前后的速度不易測(cè)量,所以通過測(cè)量小球"平拋運(yùn)動(dòng)的射程"間接地解決D.由圖乙可測(cè)出碰撞后某球的水平射程為58.5cm(或取58.258.8cm之間某值)5.如圖所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶有豎直擋板和的氣墊導(dǎo)軌和有固定擋板的質(zhì)量都是的滑塊和做“探究碰撞中的守恒量”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：把兩滑塊和緊貼在一起，在上放質(zhì)量為的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住和，在和的固定擋板間放入一輕彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)；按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開，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)和與固定擋板和碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)

4、停表，記下至的運(yùn)動(dòng)時(shí)間至的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；重復(fù)幾次，取和的平均值。在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意_；應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有_；只要關(guān)系式_成立，即可得出碰撞中守恒的量是的矢量和。6.如圖所示是用來驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)裝置，彈性球1用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)下方桌子的邊緣有一豎直立柱。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)懸點(diǎn)，使彈性球1靜止時(shí)恰與立柱上的球2右端接觸且兩球等高。將球1拉到A點(diǎn)，并使之靜止，同時(shí)把球2放在立柱上。釋放球1，當(dāng)它擺到懸點(diǎn)正下方時(shí)與球2發(fā)生對(duì)心碰撞，碰后球1向左最遠(yuǎn)可擺到B點(diǎn)，球2落到水平地面上的C點(diǎn)。測(cè)出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗(yàn)證1、2兩球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒?，F(xiàn)已測(cè)出A點(diǎn)離水平桌面的距離為點(diǎn)離水平桌面的距離為點(diǎn)與桌子邊沿間的水平距

5、離為c。此外：（1）還需要測(cè)量的量是_、_和_。（2）根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)中動(dòng)量守恒的表達(dá)式為_（忽略小球的大?。?.如圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器”可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。(1)為保證實(shí)驗(yàn)成功,兩球的質(zhì)量關(guān)系必須滿足_(選填“大于”“等于”或“小于”)；(2)下列說法中符合本實(shí)驗(yàn)要求的是_(填選項(xiàng)前面的字母)；A.安裝軌道時(shí),斜槽軌道的末端必須水平B.斜槽軌道必須光滑C.在同一組實(shí)驗(yàn)的多次碰撞中,每次入射小球必須從斜槽的同一高度由靜止釋放D.需要測(cè)量小球從斜槽末端拋出時(shí)距地面的高度E.需要分別找出入射小球、被碰小球相碰后落地點(diǎn)的平均位置(3)若為未放置被

6、碰小球時(shí)入射小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式_(用及圖中字母表示)成立，即表示碰撞中動(dòng)量守恒。8.如圖為驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)中選取兩個(gè)半徑相同、質(zhì)量不等的小球，按下面步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為和        安裝實(shí)驗(yàn)裝置，將斜槽固定在桌邊，使槽的末端切線水平，再將一斜面連接在斜槽末端；先不放小球，讓小球從斜槽頂端A處由靜止釋放，標(biāo)記小球在斜面上的落點(diǎn)位置P;將小球放在斜槽末端B處，仍讓小球從斜槽頂端A處由靜止釋放，兩球發(fā)生碰撞，分別標(biāo)記小球，在斜面上的落點(diǎn)位置；用毫米刻度尺測(cè)出各落點(diǎn)位置

7、到斜槽末端B的距離。圖中從點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過程中記下的小球在斜面上的三個(gè)落點(diǎn)位置，從到B點(diǎn)的距離分別為。依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)回答下面問題：（1）兩小球的質(zhì)量應(yīng)滿足_ (選填“>”“=”或“<”) 。（2）若進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以下所提供的測(cè)量工具中必需的是_。A.直尺B.游標(biāo)卡尺C.天平D.彈簧秤E.秒表（3）用實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)來表示，只要滿足關(guān)系式_，就能說明兩球碰撞前后動(dòng)量是守恒的。9.氣墊導(dǎo)軌（如圖甲）工作時(shí)，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，大大減小了滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力。為了驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置兩個(gè)質(zhì)量均為的

8、滑塊，每個(gè)滑塊的一端分別與穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率均為。氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，并讓兩滑塊以不同的速度相向運(yùn)動(dòng)，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，圖為某次實(shí)驗(yàn)打出的點(diǎn)跡清晰的紙帶的一部分，在紙帶上以同間距的6個(gè)連續(xù)點(diǎn)為一段劃分紙帶（如圖所示），用刻度尺分別量出其長(zhǎng)度和。若題中各物理量的單位均為國(guó)際單位，那么，碰撞前兩滑塊的動(dòng)量大小分別為_、_，兩滑塊的總動(dòng)量大小為_；碰撞后兩滑塊的總動(dòng)量大小為_（結(jié)果均用小數(shù)表示）。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多做幾次，若碰撞前、后兩滑塊的總動(dòng)量在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，則動(dòng)量守恒定律得到驗(yàn)證。10.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室使用半徑相

9、同的兩個(gè)小球，按如圖實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。他的主要實(shí)驗(yàn)操作如下：用天平測(cè)量a、b兩球的質(zhì)量m1和m2；用游標(biāo)卡尺測(cè)出兩個(gè)小球的直徑d；用刻度尺測(cè)出軌道末端距離地面的高度H；用重錘線標(biāo)出小球拋出點(diǎn)在水平地面上的白紙上的豎直投影點(diǎn)O；在白紙上面放好復(fù)寫紙，先不放b球，把a(bǔ)球從斜槽軌道上D點(diǎn)由靜止釋放，落到復(fù)寫紙上，重復(fù)多次；再把b球放在斜槽軌道水平部分最右端，把a(bǔ)球仍從D點(diǎn)由靜止釋放，和b球相碰后，兩球分別落在復(fù)寫紙上的不同位置，重復(fù)多次；用圓規(guī)在白紙上找到三個(gè)平均落點(diǎn)M、P和N，并用刻度尺測(cè)量出圖中的和的長(zhǎng)度。（1）上述實(shí)驗(yàn)操作中不必要的步驟是_。（2）如果滿足關(guān)系式_ ，則驗(yàn)證了系統(tǒng)碰撞

10、過程中動(dòng)量守恒。（用測(cè)量的物理量表示）（3）實(shí)驗(yàn)測(cè)得：m1=30.0 g，m2=10.0 g，=16.10 cm，=30.30 cm，=40.60 cm。則本實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差是_ 。(保留一位有效數(shù)字，相對(duì)誤差為×100%)答案以及解析1.答案：C解析：題述實(shí)驗(yàn)中，是通過平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度的，對(duì)斜槽是否光滑沒有要求，但必須保證每次小球都做平拋運(yùn)動(dòng)，因此軌道的末端必須水平，A錯(cuò)誤；要保證碰撞前的速度相同，入射球每次都要從同一高度由靜止釋放，B錯(cuò)誤；為了保證兩小球發(fā)生一維碰撞，要求入射球和被碰球的直徑必須相等，C正確；在做題述實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求入射球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)量，D錯(cuò)

11、誤。2.答案：D解析：甲圖中,球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的水平速度可分別表示為和,因它們?cè)诳罩酗w行時(shí)間相等,故可用和的長(zhǎng)度代表各自速度,而不需測(cè)量時(shí)間,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤;甲圖中,單獨(dú)釋放A球時(shí)落點(diǎn)為與B碰后A的落點(diǎn)為M而B的落點(diǎn)為N,故驗(yàn)證動(dòng)量守恒的方程為,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖乙中由,可得A單獨(dú)飛行時(shí)的水平速度大小,A與B碰后A的水平速度大小,而B的水平速度大小,驗(yàn)證動(dòng)量守恒得方程可簡(jiǎn)化為,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖乙中,若碰撞過程的機(jī)械能守恒,則有,聯(lián)立和可得,故D項(xiàng)正確。3.答案：BCD解析：在同一組實(shí)驗(yàn)的不同碰撞中,每次入射時(shí),入射小球必須從同一高度由靜止釋放,保證碰前的速度相同,斜槽軌道是否光滑對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果沒有影響

12、,故A錯(cuò)誤,C正確.為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng),安裝軌道時(shí),軌道末端的切線必須水平,故B正確.為了使兩球發(fā)生對(duì)心碰撞,兩球的直徑需相同,入射小球和被碰小球的球心連線與軌道末端的切線平行,故D正確.4.答案：AD解析：為防止兩球碰撞后入射球反彈,人射球的質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量,為發(fā)生對(duì)心碰撞,兩球半徑應(yīng)相等,故A說法錯(cuò)誤;為保證小球每次平拋的初速度相等,被碰球靜止放在槽口,入射球必須每次從軌道的同一位置由靜止釋放,故B說法正確;小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng),由于小球拋出點(diǎn)的高度相等,它們?cè)诳罩械倪\(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,小球的水平位移與小球的初速度成正比,小球碰撞前后的速度不易測(cè)量,所以通過測(cè)量小球"平拋

13、運(yùn)動(dòng)的射程"間接地解決,故C說法正確;由圖示刻度尺可知,由圖乙可測(cè)出碰撞后某球的水平射程為64.7cm(64.265.2cm均正確),故D說法錯(cuò)誤.本題選擇說法不正確的,故選A、D.5.答案：使氣墊導(dǎo)軌水平；滑塊的左端到擋板的距離和滑塊的右端到擋板的距離；解析：為了使滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)，在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意使氣墊導(dǎo)軌水平；除了測(cè)出滑塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間外，實(shí)驗(yàn)還應(yīng)測(cè)出滑塊的左端到擋板的距離和滑塊的右端到擋板的距離；滑塊的速度，滑塊的速度，如果關(guān)系式，即：，成立，即可得出碰撞中守恒的量是的矢量和。6.答案：（1）彈性球1、2的質(zhì)量；立柱高h(yuǎn)；桌面離水平地面的高度H（2）解析：（1）要驗(yàn)證動(dòng)量守恒

14、必須知道兩球碰撞前后的動(dòng)量變化，根據(jù)彈性球1碰撞前后的高度為a和b，由機(jī)械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再測(cè)量彈性球1的質(zhì)量，就能求出彈性球1的動(dòng)量變化；根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律只要測(cè)出立柱高h(yuǎn)和桌面離水平地面的高度H就可以求出彈性球2碰撞前后的速度變化，故只要測(cè)量彈性球2的質(zhì)量和立柱高h(yuǎn)、桌面離水平地面的高度H就能求出彈性球2的動(dòng)量變化。（2）根據(jù)（1）的解析可以寫出動(dòng)量守恒的方程。7.答案：(1)大于(2)ACE(3)解析：(1)為了防止入射小球反彈，入射小球的質(zhì)量必須大于被碰小球的質(zhì)量，所以兩球的質(zhì)量關(guān)系應(yīng)滿足大于。(2)為了使小球做平拋運(yùn)動(dòng)，斜槽軌道末端必須水平，選項(xiàng)A正確；只要每次入

15、射小球碰撞前瞬間的速度相同即可，不需要斜槽軌道光滑，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；為了保證小球每次平拋的初速度相同，每次入射小球必須從斜槽的同一高度由靜止釋放，選項(xiàng)C正確；要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即驗(yàn)證,小球離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，它們拋出點(diǎn)的高度相等，在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等,上式兩邊同時(shí)乘以t得,得，因此實(shí)驗(yàn)過程中需要確定兩球的落點(diǎn)從而確定小球的水平位移，為了減小誤差，需要多次測(cè)量找出平均落點(diǎn)的位置，不需要測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤，選項(xiàng)E正確。(3)由(2)的分析知成立，即表示碰撞中動(dòng)量守恒。8.答案：（1）>；（2）；（3）解析：(1)為了防止入射球碰后反彈，一定 要保證入射球的質(zhì)量大于被碰球的質(zhì)

16、量，即。（2）要驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，需測(cè)量小球的質(zhì)量和三個(gè)落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離。故提供的測(cè)量工具中必需的是。（3）碰撞前，小球落在圖中的P點(diǎn)，設(shè)其 水平初速度為。小球發(fā)生碰撞 后，的落點(diǎn)在圖中的M點(diǎn)，設(shè)其水平初速 度為，的落點(diǎn)在圖中的N點(diǎn)，設(shè)其水 平初速度為。設(shè)斜面與水平面間的傾角為，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：，解得，同理可得：，只要滿足，即，就可以說明兩 球碰撞前后動(dòng)量是守恒的。9.答案：;解析：由圖乙結(jié)合實(shí)際情況可以看出,和是兩物體相碰前打出的紙帶,是相碰后打出的紙帶.所以碰撞前物體的速度分別為:；碰撞后兩物體共同速度:所以碰前兩物體動(dòng)量分別為:,總動(dòng)量;碰后總動(dòng)量.10.答案：（1）（2）（3）2%解析：（1） 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，需要用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量；為了發(fā)生對(duì)心碰撞，兩球的直徑需相同，但具體直徑大小，并不需要測(cè)量；只需要保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)的高度相同，不需要用刻度尺測(cè)量其具體值；需要用重錘線標(biāo)出小球拋出點(diǎn)在水平地面上的白紙上的豎直投影點(diǎn)O，方