【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修1：第1章第3節(jié)科學(xué)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律分層作業(yè)課件

第1章第3節(jié)科學(xué)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1234567891011A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(多選)在利用斜槽驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)時(shí),實(shí)驗(yàn)條件是(

)A.斜槽軌道必須是光滑的B.斜槽軌道末端的切線是水平的C.入射球每一次都要從同一高度由靜止?jié)L下D.碰撞的瞬間,入射球和被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行BCD解析

利用斜槽驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn),要求入射小球每次到槽口時(shí),具有相同的速度,所以應(yīng)從槽上同一位置滾下,但斜槽不需要光滑,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確;由于碰撞前、后要求小球均做平拋運(yùn)動(dòng),且拋物線在同一平面,選項(xiàng)B、D正確。只有滿足實(shí)驗(yàn)所必需的條件,所做實(shí)驗(yàn)才能達(dá)到預(yù)期目的。12345678910112.(多選)在利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)中,哪些因素可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差(

)A.導(dǎo)軌安放不水平B.小車上擋光板傾斜C.兩小車質(zhì)量不相等D.兩小車碰后連在一起AB解析

導(dǎo)軌不水平,小車速度將會(huì)受重力影響,選項(xiàng)A正確;擋光板傾斜會(huì)導(dǎo)致?lián)豕獍鍖挾炔坏扔趽豕怆A段小車通過的位移,導(dǎo)致速度計(jì)算出現(xiàn)誤差,選項(xiàng)B正確;本實(shí)驗(yàn)要求兩小車碰后連在一起,不要求兩小車質(zhì)量相等。12345678910113.某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線連接,中間夾一個(gè)被壓縮的彈簧,如圖所示,將這一系統(tǒng)置于光滑的水平桌面上,燒斷細(xì)線,觀察木塊的運(yùn)動(dòng)情況,進(jìn)行必要的測(cè)量,驗(yàn)證物體間相互作用時(shí)動(dòng)量守恒。(1)該同學(xué)還必須有的器材是

、

。

(2)需要直接測(cè)量的數(shù)據(jù)是

。(3)用所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證守恒量的關(guān)系式為

。

刻度尺

天平兩木塊的質(zhì)量m1、m2,兩木塊落地點(diǎn)分別到桌子兩側(cè)邊的水平距離x1、x2m1x1=m2x21234567891011解析

兩木塊彈開后各自做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可知兩木塊在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等。所需驗(yàn)證的表達(dá)式為m1v1=m2v2,兩側(cè)都乘以時(shí)間t,有m1v1t=m2v2t,即m1x1=m2x2。12345678910114.某同學(xué)做驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)。豎直平面內(nèi)固定一段弧形軌道,其下端與水平桌面相切。先將質(zhì)量為m1的小滑塊A從弧形軌道上某一點(diǎn)無初速度釋放,測(cè)出小滑塊A在水平桌面上滑行的距離x1(如圖甲),然后將另一質(zhì)量為m2的小滑塊B放在弧形軌道的最低點(diǎn),再將小滑塊A從弧形軌道上某一點(diǎn)無初速度釋放,A與B碰撞后,測(cè)出A沿桌面滑動(dòng)的距離x2和B沿桌面滑動(dòng)的距離x3(如圖乙),以上數(shù)據(jù)均需測(cè)量。已知滑塊A和B的大小形狀相同,回答下列問題:(1)下列選項(xiàng)中,符合本實(shí)驗(yàn)要求的是

。

A.所用弧形軌道必須是光滑的B.A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量C.A的質(zhì)量大于B的質(zhì)量D.兩次實(shí)驗(yàn)必須從弧形軌道上同一點(diǎn)無初速度釋放滑塊ACD1234567891011(2)本實(shí)驗(yàn)除了圖上裝置,還需要的測(cè)量工具有

(填兩個(gè))。(3)若下列關(guān)系式

成立,則可驗(yàn)證A、B組成的系統(tǒng)在碰撞過程中動(dòng)量守恒。

A.m1x1=m1x2+m2x3B.m1x3=m1x1+m2x2刻度尺和天平

C1234567891011解析

(1)只要使A從同一位置由靜止釋放,不論弧形軌道是否光滑,A到達(dá)水平面時(shí)的速度都相等,實(shí)驗(yàn)中所用弧形軌道不必是光滑的,但必須從同一位置釋放,故A錯(cuò)誤,D正確;若A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量,則碰后A反彈,若A的質(zhì)量等于B的質(zhì)量,則碰后A靜止,所以A的質(zhì)量要大于B的質(zhì)量,讓實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)化,故B錯(cuò)誤,C正確。(2)因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,需要測(cè)量位移求解速度,因兩滑塊質(zhì)量不同還需測(cè)量?jī)苫瑝K的質(zhì)量,故還需要的測(cè)量工具有刻度尺和天平。123456789101112345678910115.利用如圖所示的裝置可以驗(yàn)證兩球碰撞中動(dòng)量守恒。若繩長(zhǎng)為L(zhǎng),球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,球A、B分別由偏角α和β靜止釋放,若碰撞后都向右運(yùn)動(dòng),最大偏角分別為α'和β',則驗(yàn)證動(dòng)量守恒的表達(dá)式為

。

12345678910111234567891011B級(jí)關(guān)鍵能力提升練6.在利用斜槽裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,入射小球m1=15g,原來靜止的被碰小球m2=10g。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得它們?cè)谂鲎睬昂蟮膞-t圖像如圖所示,由圖可知,入射小球碰撞前的m1v1=

,入射小球碰撞后的m1v1'=

,被碰小球碰撞后的m2v2'=

。由此得出結(jié)論

。

0.015kg·m/s0.0075kg·m/s0.0075kg·m/s

碰撞前后兩球總動(dòng)量不變

1234567891011解析

由題圖可知碰撞前m1的速度大小故碰撞前m1v1=0.015×1

kg·m/s=0.015

kg·m/s。故m1v1'=0.015×0.5

kg·m/s=0.007

5

kg·m/s,m2v2'=0.01×0.75

kg·m/s=0.007

5

kg·m/s,可知m1v1=m1v1'+m2v2'。12345678910117.在如圖所示的裝置中,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,且線與豎直線的夾角為α,A球釋放后擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)恰與B球相碰,碰撞后,A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直線的夾角為β處,B球落到地面上,地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D。保持α角度不變,多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),白紙上記錄到多個(gè)B球的落點(diǎn)。(1)圖中x應(yīng)是B球初始位置到

的水平距離。

(2)為了探究碰撞中的不變量,應(yīng)測(cè)得_____________________物理量(用字母表示)。

(3)用測(cè)得的物理量表示:mAvA=

;mAvA'=

;mBvB'=

。

B球平均落點(diǎn)

mA、mB、α、β、l、h、x1234567891011解析

小球A在碰撞前后擺動(dòng),滿足機(jī)械能守恒。小球B在碰撞后做平拋運(yùn)動(dòng),則x應(yīng)為B球的平均落點(diǎn)到初始位置的水平距離。要得到碰撞前后的mv,需測(cè)量mA、mB、α、β、l、h、x等,對(duì)A,由機(jī)械能守恒得碰后B做平拋運(yùn)動(dòng),有x=vB't,12345678910118.(2023江蘇蘇州高二模擬)用如圖甲所示裝置做“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn),研究小球在斜槽末端碰撞時(shí)動(dòng)量是否守恒。實(shí)驗(yàn)時(shí)先調(diào)節(jié)軌道使末端水平,讓入射小球多次從斜槽上位置S由靜止釋放,通過白紙和復(fù)寫紙找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測(cè)出甲

平拋射程LOP。然后,把半徑相同的被碰小球靜置于軌道末端,仍將入射小球從S處由靜止釋放,與被碰小球發(fā)生正碰,多次重復(fù)該操作,確定出兩小球平均落地點(diǎn)位置分別為M、N后,測(cè)量出兩落地點(diǎn)到O的距離LOM、LON,再測(cè)出入射小球和被碰小球的質(zhì)量m1、m2。(1)本實(shí)驗(yàn)中,入射小球m1與被碰小球m2質(zhì)量大小需要符合

的條件;(2)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),若滿足關(guān)系式

(用所給物理量的字母表示),則可以認(rèn)為兩球碰撞前后的動(dòng)量守恒;

m1>m2m1LOP=m1LOM+m2LON

1234567891011(3)實(shí)驗(yàn)小組換用多個(gè)半徑相同、質(zhì)量不同的被碰小球重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),分別測(cè)量出被碰小球質(zhì)量m2以及對(duì)應(yīng)的LOM、LON值,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)作出如圖乙所示圖像為一直線,該圖像縱坐標(biāo)為L(zhǎng)OM,則橫坐標(biāo)為

;

A.m2

B.LONC.

D.m2·LON(4)研究(3)中所得圖像,斜率絕對(duì)值為k,縱坐標(biāo)截距為a,若k、a須分別滿足

,則表明上述每組小球正碰時(shí)動(dòng)量均守恒。

乙

D1234567891011解析

(1)入射小球質(zhì)量必須大于被碰小球質(zhì)量,即m1>m2,以免碰撞后彈回,導(dǎo)致再次從軌道射出時(shí)速度與碰后速度不一致。(2)根據(jù)動(dòng)量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,拋出后各自做平拋運(yùn)動(dòng),有水平方向x=vt,豎直方向H=gt2,聯(lián)立代入射程得m1LOP=m1LOM+m2LON。12345678910119.某同學(xué)現(xiàn)用如圖甲所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門裝置來做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn),在氣墊導(dǎo)軌右端固定一彈簧,滑塊b的右端有膠水。甲

圖甲中滑塊a和擋光片的總質(zhì)量為m1=0.620kg,滑塊b的質(zhì)量為m2=0.410kg,實(shí)驗(yàn)步驟如下:①按圖甲安裝好實(shí)驗(yàn)器材后,接通氣源,先將滑塊a置于氣墊導(dǎo)軌上,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,直到輕推滑塊a后,滑塊a上的擋光片通過兩個(gè)光電門的時(shí)間

;

②將滑塊b置于兩光電門之間,將滑塊a置于光電門1的右側(cè),滑塊a水平壓縮彈簧,在彈簧的作用下向左彈射出去,通過光電門1后繼續(xù)向左滑動(dòng)并與滑塊b發(fā)生碰撞;③兩滑塊碰撞后粘在一起向左運(yùn)動(dòng),并通過光電門2;④實(shí)驗(yàn)后,分別記錄下滑塊a上擋光片通過光電門1的時(shí)間t1,兩滑塊一起運(yùn)動(dòng)時(shí)擋光片通過光電門2的時(shí)間t2。相等

1234567891011(1)完成實(shí)驗(yàn)步驟①中所缺少的內(nèi)容。(2)實(shí)驗(yàn)前用一游標(biāo)卡尺測(cè)得擋光片的寬度d如圖乙所示,則d=

cm。

(3)設(shè)擋光片通過光電門的時(shí)間為Δt,則滑塊通過光電門的速度可表示為v=

(用d、Δt表示)。

(4)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得滑塊a經(jīng)過光電門1的速度v1=2.00m/s,兩滑塊經(jīng)過光電門2的速度v2=1.20m/s,將兩滑塊和擋光片看成一個(gè)系統(tǒng),則系統(tǒng)在兩滑塊相互作用前、后的總動(dòng)量分別為p1=

kg·m/s,p2=

kg·m/s。(結(jié)果均保留3位小數(shù))

乙

1.550

1.2401.2361234567891011解析

(1)在步驟①中,氣墊導(dǎo)軌安裝時(shí)應(yīng)保持水平狀態(tài),滑塊a在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng),故滑塊a上的擋光片通過兩光電門的時(shí)間相等。(2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為15

mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×10

mm=0.50

mm,所以擋光片的寬度d=15

mm+0.50

mm=15.50

mm=1.550

cm。(3)由于擋光片的寬度比較小,故擋光片通過光電門的時(shí)間比較短,因此可將擋光片通過光電門的平均速度看成滑塊通過光電門的瞬時(shí)速度,故滑塊通過光電門的速度可表示為v=。(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動(dòng)量為p1=m1v1=0.620×2.00

kg·m/s=1.240

kg·m/s;兩滑塊相互作用后系統(tǒng)的總動(dòng)量為p2=(m1+m2)v2=(0.620+0.410)×1.20

kg·m/s=1.236

kg·m/s。123456789101110.(2023廣東深圳高二期末)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒。一圓弧面和水平面在A點(diǎn)平滑連接,水平面上涂有潤(rùn)滑劑。在A、B兩點(diǎn)處各安裝一個(gè)光電門?，F(xiàn)將質(zhì)量為m2的滑塊Q(含遮光條)靜置于A、B之間,將質(zhì)量為m1的滑塊P(含遮光條)從圓弧面上某點(diǎn)釋放,此后A點(diǎn)處光電門記錄一個(gè)擋光時(shí)間Δt1,B點(diǎn)處光電門先后記錄兩個(gè)擋光時(shí)間,依次為Δt2和Δt3,遮光條的寬度均為d。(1)遮光條的寬度可利用游標(biāo)卡尺測(cè)出,測(cè)量如圖乙所示,遮光條的寬度為

mm;

(2)是否要求滑塊P必須從靜止釋放?

(選填“是”或“否”);

4.35否1234567891011(3)滑塊Q通過光電門的速度可表示為

(用題中所給物理量字母表示);

(4)若兩滑塊碰撞瞬間滿足動(dòng)量守恒,則滿足的關(guān)系式為

。(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)

1234567891011解析

(1)該游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為(4+7×0.05)

mm=4.35

mm;(2)不管滑塊P從圓弧面上怎樣釋放都可以用光電門A測(cè)出滑塊P碰撞前速度,則不要求滑塊P必須從靜止釋放;(3)由題可知,滑塊Q先通過右側(cè)光電門,故擋光時(shí)間為Δt2,所以v=