備考2024屆高考物理一輪復習講義第七章動量守恒定律實驗八驗證動量守恒定律命題點2創(chuàng)新設計實驗

命題點2創(chuàng)新設計試驗3.[試驗原理創(chuàng)新]一同學利用如圖所示的斜槽軌道和兩個由相同材料制成、表面粗糙程度相同的滑塊A、B做“驗證動量守恒定律”的試驗.斜槽軌道由傾斜軌道和平直軌道組成，兩部分間由一段圓弧平滑連接，在平直軌道上一側(cè)固定有刻度尺.其操作步驟如下：①將斜槽軌道放置在水平桌面上；②用天平測得A、B兩個滑塊的質(zhì)量分別為m1、m2；③不放滑塊B，使滑塊A從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放，滑塊A最終靜止在平直軌道上，登記滑塊A靜止時其右側(cè)面對應的刻度x1；④把滑塊B放在平直軌道上，登記其左側(cè)面對應的刻度x0；⑤讓滑塊A仍從傾斜軌道頂端P點由靜止釋放，滑塊A與滑塊B發(fā)生碰撞后最終均靜止在平直軌道上，登記最終滑塊B靜止時其左側(cè)面對應的刻度x2、滑塊A靜止時其右側(cè)面對應的刻度x3.（1）試驗中，必需滿意的條件是C.A.傾斜軌道光滑B.平直軌道水平C.滑塊A的質(zhì)量應大于滑塊B的質(zhì)量D.同一組試驗中，滑塊A靜止釋放的位置可以不同（2）試驗中滑塊A碰撞前的速度大小v0與D成正比.A.x1 B.x1－x0C.（x1－x0）2 D.x（3）若關(guān)系式m1x1－x0＝m1x3－x0＋m2x2－x0成立，則可得出結(jié)論：滑塊A、B碰撞過程動量守恒.若要進一步驗證滑塊A、B的碰撞是否為彈性碰撞，則應驗證關(guān)系式m1（x1－x0）＝m1（x3－x0）＋解析（1）傾斜軌道不肯定光滑，只要滑塊A到達底端的速度相同即可，A錯誤；因為兩滑塊的材料相同，表面的粗糙程度相同，則由牛頓其次定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，得a＝gsinθ－μgcosθ，可知無論軌道是否水平，兩滑塊在軌道上運動的加速度都相同，所以平直軌道不是必需水平，B錯誤；為防止滑塊A與滑塊B碰后反彈，則滑塊A的質(zhì)量必需大于滑塊B的質(zhì)量，C正確；為保證滑塊A每次到達傾斜軌道底端的速度相同，則同一組試驗中，滑塊A靜止釋放的位置要相同，D錯誤.（2）對滑塊A，由動能定理有－μm1g（x1－x0）＝0－12m1v02，可得滑塊A碰撞前的速度大小v0＝2μg（x1－x（3）若滑塊A、B碰撞過程動量守恒，則有m1v0＝m1v1＋m2v2，又v0＝2μg（x1－x0），v1＝2μg（x3－x0），v2＝2μg（x2－x0），聯(lián)立可得m1x1－x0＝m1x3－x0＋m2x2－x0.若滑塊A、B發(fā)生彈性碰撞，則由機械能守恒定律得12m1v024.[試驗目的創(chuàng)新/2021山東]某乒乓球愛好者，利用手機探討乒乓球與球臺碰撞過程中能量損失的狀況.試驗步驟如下：①固定好手機，打開錄音功能；②從肯定高度由靜止釋放乒乓球；③手機記錄下乒乓球與臺面碰撞的聲音，其隨時間（單位：s）的改變圖像如圖所示.依據(jù)聲音圖像記錄的碰撞次序及相應碰撞時刻，如下表所示.碰撞次序1234567碰撞時刻（s）1.121.582.002.402.783.143.47依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，回答下列問題：（1）利用碰撞時間間隔，計算出第3次碰撞后乒乓球的彈起高度為0.20m（保留2位有效數(shù)字，當?shù)刂亓铀俣萭＝9.80m/s2）.（2）設碰撞后彈起瞬間與該次碰撞前瞬間速度大小的比值為k，則每次碰撞損失的動能為碰撞前動能的1－k2倍（用k表示），第3次碰撞過程中k＝0.95（保留2位有效數(shù)字）.（3）由于存在空氣阻力，第（1）問中計算的彈起高度高于（填“高于”或“低于”）實際彈起高度.解析（1）第3次碰撞到第4次碰撞用時t0＝2.40s－2.00s＝0.40s，依據(jù)豎直上拋運動的對稱性可知第3次碰撞后乒乓球彈起的高度為h0＝12g（t02）2＝12×9.8×0.22m（2）設碰撞后彈起瞬間的速度為v2，碰撞前瞬間的速度為v1，由題意知v2v1＝k，則每次碰撞損失的動能與碰撞前動能的比值為12mv12－12mv2212mv12＝1－（v2v1）2＝1－k2，第3次碰撞前瞬間的速度為第2次碰后從最高點落地瞬間的速度，即v＝gt＝（2（3）由于存在空氣阻力，乒乓球在上升過程中受到向下的阻力和重力，依據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒可知，彈起后