2020高中物理 第一章 碰撞與動量守恒 實驗：驗證動量守恒定律練習(xí)（含解析）教科版-5

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE8-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精實驗：驗證動量守恒定律1．在實驗室里為了驗證動量守恒定律，一般采用如圖甲、乙所示的兩種裝置．(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．m1〉m2,r1>r2 B．m1>m2,r1<r2C．m1〉m2，r1＝r2 D．m1〈m2，r1＝r2（2）若采用如圖乙所示裝置進行實驗，以下所提供的測量工具中必需的是________．A．直尺 B．游標(biāo)卡尺C．天平 D．彈簧測力計E．停表(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，則在用如圖甲所示裝置進行實驗時(P為碰前入射小球落點的平均位置），所得“驗證動量守恒定律”的結(jié)論為________________．(用裝置圖中的字母表示）解析：(1）為防止反彈造成入射球返回斜槽，要求入射球質(zhì)量大于被碰球質(zhì)量，即m1>m2，為使入射球與被碰球發(fā)生對心碰撞,要求兩小球半徑相同,故選項C正確．（3）得出驗證動量守恒定律的結(jié)論應(yīng)為m1OP＝m1OM＋m2O′N.答案：（1)C(2）AC（3）m1OP＝m1OM＋m2O′N2．氣墊導(dǎo)軌工作時，可忽略滑塊與導(dǎo)軌表面間的阻力影響，現(xiàn)借助其驗證動量守恒定律，在水平氣墊導(dǎo)軌上放置質(zhì)量均為m的A、B(圖甲中未標(biāo)出)兩滑塊，左側(cè)滑塊的左端、右側(cè)滑塊的右端分別與一條穿過打點計時器的紙帶相連，打點計時器電源的頻率為f。氣墊導(dǎo)軌正常工作后，接通兩個打點計時器的電源，待打點穩(wěn)定后讓兩滑塊以大小不同的速度相向運動，兩滑塊相碰后粘在一起繼續(xù)運動．如圖所示的乙和丙為某次實驗打出的、分別與兩個滑塊相連的兩條紙帶，在紙帶上以同間距的6個連續(xù)打點為一段劃分紙帶，用刻度尺分別測出其長度為s1、s2和s3。（1）若碰前滑塊A的速度大小大于滑塊B的速度大小，則滑塊________(選填“A”或“B”)是與紙帶乙的________（選填“左”或“右”)端相連．(2)碰撞前A、B兩滑塊的動量大小分別為________、________，實驗需要驗證是否成立的表達式為________(用題目所給的已知量表示)．解析：（1)因碰前A的速度大小大于B的速度大小，A、B的速度方向相反，且碰后速度相同，故根據(jù)動量守恒定律可知,乙中s1和丙中s3是兩滑塊相碰前打出的紙帶，乙中s2是相碰后打出的紙帶，所以滑塊A應(yīng)與乙紙帶的左側(cè)相連．(2)碰撞前兩滑塊的速度大小分別為:v1＝eq\f（s1,t)＝eq\f(s1,5T）＝0.2s1fv2＝eq\f（s3,t)＝0。2s3f碰撞后兩滑塊的共同速度大小為:v＝eq\f（s2,t）＝0.2s2f所以碰前兩滑塊動量大小分別為：p1＝mv1＝0.2mfs1,p2＝mv2＝0。2mfs3，碰前總動量為：p＝p1－p2＝0。2mf（s1－s3);碰后總動量為：p′＝2mv＝0。4mfs2.要驗證動量守恒定律,則一定有：0.2mf（s1－s3）＝0.4mfs2。答案：(1）A左(2）0.2mfs10。2mfs30.2mf（s1－s3)＝0.4mfs23．如圖所示，在實驗室用兩端帶豎直擋板C、D的氣墊導(dǎo)軌和帶固定擋板的質(zhì)量都是M的滑塊A、B，做“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗：a．把兩滑塊A和B緊貼在一起，在A上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動卡銷卡住A和B，在A和B的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)．b．按下電鈕使電動卡銷放開，同時啟動記錄兩滑塊運動時間的電子計時器，當(dāng)A和B與擋板C和D碰撞的同時，電子計時器自動停表，記下A運動至C的時間t1,B運動至D的時間t2。c．重復(fù)幾次取t1、t2的平均值．請回答以下幾個問題：(1）在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時應(yīng)注意___________________________________；（2）應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有_________________________________________;（3)作用前A(包括砝碼)、B兩滑塊的總動量為________,作用后A（包括砝碼）、B兩滑塊的總動量為________．（用測量的物理量符號和已知的物理量符號表示）解析：（1)為了保證滑塊A、B作用后做勻速直線運動，必須使氣墊導(dǎo)軌水平，需要用水平儀加以調(diào)試．(2)要求出A(包括砝碼）、B兩滑塊在電動卡銷放開后的速度，需測出A(包括砝碼）至C的時間t1和B至D的時間t2，并且要測量出兩滑塊到兩擋板的運動距離L1和L2，再由公式v＝eq\f（x,t）求出其速度．（3)設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測數(shù)據(jù)求得A(包括砝碼)、B兩滑塊的速度分別為vA＝eq\f（L1，t1)，vB＝－eq\f(L2,t2)。作用前兩滑塊靜止，總動量為0；作用后兩滑塊的總動量為（M＋m）eq\f（L1，t1)－Meq\f（L2,t2）.若設(shè)向右為正方向，同理可得作用后兩滑塊的總動量為Meq\f(L2，t2)－(M＋m)eq\f（L1,t1）。答案：(1)使氣墊導(dǎo)軌水平(2）A至C的距離L1、B至D的距離L2（3)0（M＋m）eq\f（L1,t1)－Meq\f（L2,t2）或Meq\f(L2，t2）－（M＋m）eq\f（L1,t1)4．如圖所示為“驗證碰撞中的動量守恒"的實驗裝置示意圖．已知a、b小球的質(zhì)量分別為ma、mb，半徑分別是ra、rb,圖中P點為單獨釋放a球的落點的平均位置，M、N是a、b小球碰撞后落點的平均位置．（1）本實驗必須滿足的條件是________．A．斜槽軌道必須是光滑的B．斜槽軌道末端的切線水平C．入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速度釋放D．入射球與被碰球滿足ma＝mb，ra＝rb（2)為了驗證動量守恒定律，需要測量OP間的距離x1，還需要測量的物理量有________、________(用相應(yīng)的文字和字母表示)．（3)如果動量守恒，需滿足的關(guān)系式是________(用裝置圖中的字母表示）．答案：(1)BC(2）OM間的距離x2ON間的距離x3(3)maOP＝maOM＋mbON5．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．在足夠大的水平平臺上的A點放置一個光電門,水平平臺上A點右側(cè)表面摩擦很小，可忽略不計，左側(cè)為粗糙水平面．采用的實驗步驟如下：A．在小滑塊a上固定一個寬度為d的窄擋光條;B．用天平分別測出小滑塊a（含擋光條）和小球b的質(zhì)量ma、mb；C．在a和b間用細線（未畫出）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瞬間被彈開,向相反方向運動;E．記錄滑塊a通過光電門時擋光條的遮光時間t；F．小球b從平臺邊緣飛出后，落在水平地面上的B點，用刻度尺測出平臺距水平地面的高度h及平臺邊緣重垂線與B點之間的水平距離sb；G．改變彈簧壓縮量，進行多次測量．（1）用螺旋測微器測量擋光條的寬度，如圖乙所示,則擋光條的寬度為_____mm.(2）該實驗要驗證動量守恒定律，則只需驗證兩物體a、b彈開后的動量大小相等,即________＝________。（用上述實驗所涉及物理量的字母表示，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間)解析:(1）螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為2.5mm,可動刻度讀數(shù)為0。01×5。0mm＝0。050mm，所以最終讀數(shù)為:2.5mm＋0.050mm＝2.550mm。(2)燒斷細線后，a向左運動，經(jīng)過光電門，根據(jù)速度公式可知，a經(jīng)過光電門的速度大小為va＝eq\f（d，t）b離開平臺后做平拋運動，