14驗證動量守恒定律的創(chuàng)新型實驗-高考沖刺100天力學實驗精準突破(解析版)

1、14驗證動量守恒定律的創(chuàng)新型實驗-高考沖刺100天力學實驗精準突破1某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置進行驗證動量守恒定律的實驗。光滑的水平平臺上的A點放置一個光電門。實驗步驟如下：A在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光片；B用天平分別測得小滑塊a（含擋光片）和小球b的質(zhì)量為；C將a和b間用細線連接，中間夾一被壓縮了的水平輕短彈簧，靜止放置在平臺上；D細線燒斷后，a、b被彈開，向相反方向運動；E記錄滑塊a離開彈簧后通過光電門時擋光片的遮光時間t；F小球b離開彈簧后從平臺邊緣飛出，落在水平地面的B點，測出平臺距水平地面的高度h及B點與平臺邊緣鉛垂線之間的水平距離；G改變彈簧壓縮量，進行多次實驗。

2、(1)用螺旋測微器測量擋光片的寬度，如圖乙所示，則擋光片的寬度_mm；(2)若在誤差允許范圍內(nèi)，滿足_，則a、b與彈簧作用過程中系統(tǒng)動量守恒。（用上述實驗所涉及物理量的字母表示，重力加速度為g）【答案】:3.704（3.7043.706均可） 【解析】：(1)螺旋測微器的讀數(shù)是主尺上的讀數(shù)和游標尺上的讀數(shù)的和，由題圖乙可以求得擋光片的寬度。(2)燒斷細線后，小滑塊a與小球b被彈簧彈開，小滑塊a獲得的動量與小球b獲得的動量大小相等、方向相反，而小滑塊a通過光電門的速度小滑塊a獲得的動量小球b做平拋運動，豎直方向上，根據(jù)運動學公式可得解得所以速度彈開后小球b獲得的動量。2如圖所示，利用此裝置驗證動

3、量守恒定律。水平氣墊導軌（軌道與滑塊間摩擦力忽略不計）上裝有兩個光電計時裝置C和D，可記錄遮光片的遮光時間。將滑塊A、B靜止放在導軌上，按照如下步驟進行試驗：a.測量滑塊A的質(zhì)量，測量滑塊B的質(zhì)量b.測量滑塊A的遮光片的寬度dc.給滑塊A一個向右的瞬時沖量，讓滑塊A與靜止的滑塊B發(fā)生碰撞后，A、B一起通過光電計時裝置Dd.待A、B完全通過光電計時裝置D后用手分別按住e.記錄光電計時裝置C顯示的時間和裝置D顯示的時間(1)完成上述實驗步驟需要的實驗器材有_。(2)若兩滑塊碰撞前后的動量守恒，其表達式可表示為_；兩滑塊碰撞過程中損失的機械能為_?！敬鸢浮浚和斜P天平（帶砝碼）、刻度尺（或游標卡尺）

4、【解析】：(1)根據(jù)題目中實驗的步驟，結(jié)合實驗的原理可知，還沒有測量的物理量為滑塊的質(zhì)量以及遮光片的寬度，所以需要的實驗器材為托盤天平（帶砝碼）、刻度尺（或游標卡尺）；(2)若兩滑塊相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為mAv1=(mA+mB)v2兩個速度分別為聯(lián)立可得 即兩滑塊碰撞過程中損失的機械能3如圖甲所示的裝置叫做阿特伍德機，是英國數(shù)學家和物理學家阿特伍德（）創(chuàng)制的一種著名力學實驗裝置，用來研究勻變速直線運動的規(guī)律。某同學對該裝置加以改進后用來驗證機械能守恒定律和動量守恒定律，如圖乙所示（己知當?shù)氐闹亓铀俣葹椋?1)該同學用游標卡尺測量擋光片的寬度為d，然后將質(zhì)量均為（A的含擋光片和掛

5、鉤、B的含掛鉤）的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，A置于桌面上處于靜止狀態(tài)，測量出擋光片中心到固定光電門中心的豎直距離h。(2)驗證機械能守恒定律實驗時，該同學在B的下端掛上質(zhì)量也為m的物塊C（含掛鉤），讓系統(tǒng)（重物A、B以及物塊C）中的物體由靜止開始運動，光電門記錄擋光片擋光的時間為。如果系統(tǒng)（重物A、B以及物塊C）的機械能守恒，應滿足的關系式為_。(3)為了驗證動量守恒定律，該同學讓A在桌面上處于靜止狀態(tài)，將B從靜止位置豎直向上抬升s后由靜止自由下落，直到光電門記錄下?lián)豕馄瑩豕獾臅r間為（未接觸桌面），則驗證繩繃緊過程中系統(tǒng)沿繩方向動量守恒定律的表達式為_。【答案】： 【解析】：(2)當物塊

6、A上升h時，通過光電門，由擋光時間求出速度為對ABC整個系統(tǒng)而言，減少的重力勢能為而系統(tǒng)增加的動能為若兩者相等則系統(tǒng)機械能守恒，所以要驗證的表達式為(3)為了驗證動量守恒定律，該同學讓A在桌面上處于靜止狀態(tài)，將B從靜止位置豎直向上抬升s后由靜止自由下落，直到光電門記錄下?lián)豕馄瑩豕獾臅r間未接觸桌面，則繩張緊前B的速度為張緊前的動量為張緊后由于系統(tǒng)合力為零，則AB以張緊后的速度勻速上長，由通過光門的時間求出張緊后的速度張緊后的總動量為所以要驗證的表達式為4某物理實驗興趣小組查詢資料知生活中硬質(zhì)木球或鋼球之間發(fā)生碰撞時，動能損失比較小，可以忽略不計，通?？梢詫⑺鼈冎g的碰撞看成彈性碰撞?，F(xiàn)設計如圖所

7、示的實驗驗證“鋼球與硬質(zhì)木球之間的碰撞為彈性碰撞”。有兩個大小相同、質(zhì)量不同的鋼球A和硬質(zhì)木球B在同一條水平軌道上，水平軌道比較光滑，對小球的阻力可以忽略不計。兩球心在同一水平直線上，現(xiàn)給小球A一個水平向右的初速度，使之和一靜止的硬質(zhì)木球B發(fā)生對心正碰，碰后兩個小球先后通過光電門2。(1)為了驗證碰撞過程中兩個小球系統(tǒng)動量守恒，則實驗中不需要測量的物理量為（_）A光電門1與光電門2的距離LB碰前A球通過光電門1的時間t1C碰后A球、B球分別通過光電門2的時間t2、t3DA、B球的質(zhì)量m1、m2EA、B球的直徑d(2)若在誤差的范圍內(nèi)，等式_只用(1)問中t1、t2、t3表示成立，則此碰撞可看作

8、是彈性碰撞?！敬鸢浮浚篈E 【解析】：(1)設A球通過光電門1速度為，A、B球通過光電門2的速度為， ，若碰撞過程中兩小球系統(tǒng)動量守恒，則有即有即故所需測量的物理量為t1、t2、t3、m1、m2，不需要測量的物理量為L、d，故選AE。(2)若碰撞為彈性碰撞，則碰撞過程中兩小球系統(tǒng)動量守恒，能量守恒，有得出式子；整理得出5氣墊導軌是一種現(xiàn)代化的力學實驗儀器。它利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內(nèi)腔，空氣再由導軌表面上的小孔中噴出，在導軌表面與滑行器內(nèi)表面之間形成很薄的氣墊 層。滑行器就浮在氣墊層上，與導軌平面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線 運動，極大地減小了以往在力學實驗中由于摩擦力引起

9、的誤差。某實驗小組現(xiàn)在利用氣墊 導軌裝置結(jié)合頻閃照相的方法進行“探究碰撞中的不變量”這一實驗。(1)實驗要求研究兩滑塊碰撞時動能損失很小和很大等各種情況，若要求碰撞動能損失最小 則應選圖中的_。（填“甲”或“乙”）（甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別 裝有撞針和橡皮泥）(2) 利用閃光照相的方法連續(xù) 4 次拍攝得到的閃光照片如圖所示。已知相鄰兩次閃光的時 間間隔為 T，在這 4 次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在 080cm 的范圍內(nèi)，且第1次閃 光時，滑塊 A恰好位于x=55cm 處，B 恰好過 x=70cm 處。若 A、B兩滑塊的碰撞時間 及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞

10、發(fā)生在第 1 次閃光后的_時刻（用字母 T表示），A、B兩滑塊質(zhì)量比 mA：mB= _?！敬鸢浮浚杭?0.5T 23 【解析】：(1)實驗若要求碰撞動能損失最小 則應選圖中的甲，因為甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，碰撞可認為是完全彈性碰撞。(2)由圖可知，碰后B靜止，則碰撞發(fā)生在x=60cm位置；碰后A的速度為則碰后A從x=60cm的位置到x=50cm的位置用時間為則碰前物塊A從x=55cm的位置到x=60cm的位置用時間為，即碰撞發(fā)生在第 1 次閃光后的0.5T時刻；碰前A的速度 碰前B的速度 設開始時B的運動方向為正方向，則由動量守恒定律 帶入解得mA：mB=2:36某同學利用氣墊導軌做“驗證動

11、量守恒定律”的實驗，氣墊導軌裝置如圖所示，由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。（1）下面是實驗的主要步驟：a.安裝好氣墊導軌，調(diào)節(jié)氣墊導軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；b.向氣墊導軌通入壓縮空氣；c.接通光電計時器（光電門）；d.把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間；e.滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；f.釋放滑塊1，滑塊1通過光電門1后與左側(cè)固定彈簧的滑塊2碰撞，碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2，兩滑塊通過光電門后依次被制動；g.讀出滑塊通過兩個光電門的擋光時間分別為滑塊1通過光電門1的擋光時間t1=10.01ms，通過光電門2的擋光時間t2=49.99ms，滑塊2通過光電門2的擋光時間t3=8.

12、35ms；h.測出擋光片的寬度d=5mm，測得滑塊1（包括撞針）的質(zhì)量為m1=300g，滑塊2（包括彈簧）質(zhì)量為m2=200g；（2）實驗中氣墊導軌的作用是：A_；B_。（3）碰撞前滑塊1的速度v1為_m/s；碰撞后物體系的總動量P2=_kgms-1。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【答案】：大大減小了滑塊和導軌之間的摩擦力，從而減小了實驗誤差 保證兩個滑塊碰撞前后的速度都在同一條直線上 0.50 0.15 【解析】：實驗中氣墊導軌的作用有兩個，一是大大減小了滑塊和導軌之間的摩擦力，從而減小了實驗誤差，二是保證兩個滑塊碰撞前后的速度都在同一條直線上；碰撞前滑塊1的速度v1為碰撞后物體系的總動量P2為7

13、某同學用如圖甲所示裝置做“驗證動量守恒定律”實驗。裝有遮光片的滑塊A、B放在氣墊導軌上，壓縮的彈簧放在A、B兩滑塊之間，兩滑塊用長為L的細線連接，兩滑塊上遮光片的寬度相同。(1)用游標卡尺測出遮光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，則遮光片的寬度_cm；(2)調(diào)節(jié)氣墊導軌水平，接通氣源，固定滑塊B，剪斷細線，測出滑塊A通過光電門1的時間；再用長為L的細線連接兩滑塊，將彈簧壓縮后放在兩物塊之間，固定滑塊A，剪斷細線，測出滑塊B通過光電門2的時間，則A、B兩滑塊（包括遮光片）的質(zhì)量之比為_；(3)仍用長為L的細線連接兩滑塊，將彈簧壓縮后放在兩物塊之間，剪斷細線，測出滑塊A、B通過光電門1、2的時間分別為、，

14、當表達式_成立時，動量守恒定律得到驗證?！敬鸢浮浚?【解析】：(1)遮光片的寬度為。(2)由題意知得到(3)當動量守恒時，則有即成立時，動量守恒定律得到驗證。8利用氣墊導軌可以驗證被壓縮的彈簧彈開時，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒，可用圖示裝置進行以下實驗。實驗時，用兩滑塊壓縮彈簧，并用細線固定，使其靜止在兩光電門中間附近，已知兩滑塊上遮光片的寬度相同，都是d，剪斷拴彈簧的細線，測得質(zhì)量為m1的滑塊1和質(zhì)量為m2的滑塊2上遮光片通過光電門的時間分別為t1和t2。(1)實驗前應調(diào)節(jié)氣墊導軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌_；充氣后，當滑塊放在氣墊導軌上任意位置都能_時，說明氣墊導軌已經(jīng)調(diào)節(jié)好；(2)若滿足_，則

15、兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒(采用最簡式)；(3)不計滑塊在氣墊導軌上運動時受到的阻力，則剪斷拴彈簧的細線前彈簧的彈性勢能為_?！敬鸢浮浚核?靜止 【解析】：(1)實驗前應調(diào)節(jié)氣墊導軌底部的調(diào)節(jié)旋鈕，使導軌水平；充氣后，當滑塊放在氣墊導軌上任意位置都能靜止平衡，說明氣墊導軌已經(jīng)調(diào)節(jié)好；(2)已知兩滑塊上遮光片的寬度相同，都是d，滑塊1和滑塊2上遮光片通過光電門的時間分別為t1和t2?；瑝K組成的系統(tǒng)動量守恒整理得(3)不計滑塊在氣墊導軌上運動時受到的阻力，則剪斷拴彈簧的細線前彈簧的彈性勢能為整理得9某實驗小組用氣墊導軌做驗證動量守恒定律的實驗，實驗裝置如圖所示。A、B兩個滑塊（包括遮光片）的質(zhì)量分

16、別為、，A、B兩滑塊上遮光片的寬度分別為、。(1)實驗前，需要將氣墊導軌調(diào)節(jié)水平。接通氣源，調(diào)節(jié)氣墊導軌的水平螺釘，在導軌上只放滑塊A，輕推滑塊A，如果滑塊通過兩個光電門的時間_，則表明氣墊導軌調(diào)節(jié)水平；(2)將兩滑塊放在氣墊導軌上圖示的位置，輕推滑塊A，使其以一定的速度向右滑，通過光電門1后與靜止的滑塊B相碰并粘合，兩者一起通過光電門2，與光電門相連的計時器顯示滑塊A通過光電門1的時間為、滑塊B通過光電門2的時間為，測得滑塊A通過光電門2的時間為_，碰撞過程中需要驗證的動量守恒定律的表達式為_；（均用題中所給的字母表示）(3)如果上述物理量均已測出，代入數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)碰前的動量略大于碰后的動量，

17、請分析引起實驗誤差的原因：_。【答案】相等 滑塊在運動過程中仍受到阻力作用 【解析】：（1）如果滑塊通過兩個光電門的時間相等，則表明滑塊在氣墊導軌上做勻速直線運動，氣墊導軌調(diào)節(jié)水平（2）碰撞后滑塊A、B的速度相等，因此得到要驗證的動量守恒的表達式為（3）如果上述物理量均已測出，代入數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)碰前的動量略大于碰后的動量，引起該誤差的原因是滑塊在運動過程中仍受到阻力作用。10用如圖所示的裝置可以驗證動量守恒定律，在滑塊A和B相碰的端面上裝上彈性碰撞架，它們的上端裝有等寬的擋光片。(1)實驗前需要調(diào)節(jié)氣墊導軌水平：在軌道上只放滑塊A，輕推一下滑塊A，其通過光電門a和光電門b的時間分別為t1、t2，當

18、t1_t2（填“”、“=”、“mB）；步驟2：安裝好實驗裝置，使斜槽末端保持水平，調(diào)整好頻閃相機的位置并固定；步驟3：讓入射小球從斜槽上某一位置P由靜止釋放，小球離開斜槽后，用頻閃相機記錄下小球相鄰兩次閃光時的位置，照片如圖乙所示；步驟4：將被碰小球放在斜槽末端，讓入射小球從位置P由靜止開始釋放，使它們碰撞。兩小球離開斜槽后，用頻閃相機記錄兩小球相鄰兩次閃光時的位置，照片如圖丙所示。經(jīng)多次實驗，他們猜想碰撞前后物體的質(zhì)量和速度的乘積之和不變。實驗中放在斜槽末端的小球是_ （選填“A”或“B”）；若要驗證他們的猜想，需要在照片中直接測量的物理量有_、_、_（選填“x0”“y0”“x1”“y1”“

19、x2”“y2”）。寫出該實驗小組猜想結(jié)果的表達式_（用測量量表示）。他們在課外書中看到“兩物體碰撞中有彈性碰撞和非彈性碰撞之分，碰撞中的恢復系數(shù)定義為e=，其中v10和v20分別是碰撞前兩物體的速度，v1和v2分別是碰撞后兩物體的速度，彈性碰撞恢復系數(shù)e=1，非彈性碰撞恢復系數(shù)e1?！庇谑撬麄兏鶕?jù)照片中的信息求出本次實驗中恢復系數(shù)的值e=_。（結(jié)果保留到小數(shù)點后兩位數(shù)字）【答案】：B x0 x1 x2 0.88 【解析】：為使碰撞小球不被碰回應使碰撞小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量，所以放在斜槽末端的小球是B；碰撞時應有由平拋規(guī)律有代入上式可得所以需要在照片中直接測量的物理量有x0、x1、x2，該

20、實驗小組猜想結(jié)果的表達式為根據(jù)碰撞中的恢復系數(shù)定義為e=可得e=0.8812氣墊導軌是常用的種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦。某同學利用帶有標尺（最小刻度為）的氣墊導軌和滑塊A和B驗證動量守恒定律，設計實驗裝置如圖甲所示，實驗步驟如下：a.用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量、；b.給氣墊導軌通氣并調(diào)整使其水平；c.A、B之間緊壓一輕彈簧（與A、B不粘連），并用細線栓住，靜置于氣墊導軌上；d.燒斷細線，利用頻閃照片記錄A、B各自運動的過程如圖乙所示。(1)已知頻閃的頻率為，則滑塊A離開彈簧后的動量大小為_，滑塊B離開彈簧后的

21、動量大小為_（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）；(2)利用上述數(shù)據(jù)還能測出燒斷細線前彈簧的彈性勢能_J（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）?！敬鸢浮浚?.240 0.240 0.240 【解析】：(1)已知頻閃的頻率為，則T=0.1s；滑塊A離開彈簧后的速度為動量大小為滑塊B離開彈簧后的速度動量大小為(2)利用上述數(shù)據(jù)還能測出燒斷細線前彈簧的彈性勢能13如圖甲所示為驗證動量守恒的實驗裝置，氣墊導軌置于水平桌面上，G1和G2為兩個光電門，A、B均為彈性滑塊，質(zhì)量分別為mA、mB，兩遮光片沿運動方向的寬度均為d，實驗過程如下：調(diào)節(jié)氣墊導軌成水平狀態(tài)；輕推滑塊A，測得A的遮光片通過光電門G1的遮光時間為t1；A與B相碰

22、后，B和A的遮光片先后經(jīng)過光電門G2的遮光時間分別為t2和t3。回答下列問題：(1)用螺旋測微器測得遮光片寬度如圖乙所示，讀數(shù)為_mm；(2)實驗中為保證A與B碰撞后A不反彈，選擇mA_mB；(填“”或“=”或“ 【解析】：(1)用螺旋測微器測得遮光片寬度為2mm+0.01mm15.0=2.150mm；(2)實驗中為保證A與B碰撞后A不反彈，選擇mAmB；(3) 滑塊經(jīng)過光電門時擋住光的時間極短，則平均速度可近似替代滑塊的瞬時速度，則碰前A的速度碰后A的速度碰后B的速度由系統(tǒng)動量守恒有mAvAmAvAmBvB化簡可得表達式14氣墊導軌是常用的一種實驗儀器，它是利用氣泵使帶孔的導軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導軌上，滑塊在導軌上的運動可視為沒有摩擦。我們可以用帶豎直擋板C、D的氣墊導軌和滑塊A、B，探究碰撞中的動量守恒，實驗裝置如圖所示（彈簧的長度忽略不計）。采用的實驗步驟如下：a用天平分別測出滑塊A、B的質(zhì)量mA、mB；b調(diào)整氣墊導軌，使導軌處于水平；c在A和B間放入一個被壓縮的輕彈簧，用電動卡銷鎖定，靜止放置在氣墊導軌上；d用刻度尺測出A的左端至擋板C的距離l1；e按下電鈕放開卡銷，同時分別記錄滑塊A、B運動時間的計