2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第一冊(cè)（配魯科版）分層作業(yè)6 科學(xué)驗(yàn)證 動(dòng)量守恒定律

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分層作業(yè)6科學(xué)驗(yàn)證:動(dòng)量守恒定律A組必備知識(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(xiàn)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(xiàn)與軌道末端的切線(xiàn)平行2.(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(chē)上擋光板傾斜C.兩小車(chē)質(zhì)量不相等D.兩小車(chē)碰后連在一起3.某同學(xué)把兩塊大小不同的木塊用細(xì)線(xiàn)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(xiàn),觀(guān)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。

4.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(wú)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(wú)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(wèn)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(wú)初速度釋放滑塊A(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(guò)程中動(dòng)量守恒。

A.m1x1=m1x2+m2x3B.m1x3=m1x1+m2x2C.m1x1=m1x2+mD.m1x3=m1x1+m5.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

。

B組關(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(lái)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

。

7.在如圖所示的裝置中,質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線(xiàn)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(xiàn)在A球釋放前伸直,且線(xiàn)與豎直線(xiàn)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(xiàn)的夾角為β處,B球落到地面上,地面上鋪一張蓋有復(fù)寫(xiě)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'=。

8.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(guò)白紙和復(fù)寫(xiě)紙找到其平均落地點(diǎn)的位置P,測(cè)出平拋射程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。甲(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(mǎn)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;

(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(xiàn),該圖像縱坐標(biāo)為L(zhǎng)OM,則橫坐標(biāo)為;

乙A.m2 B.LONC.LONm2 D.m2(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(mǎn)足,則表明上述每組小球正碰時(shí)動(dòng)量均守恒。

9.某同學(xué)現(xiàn)用如圖甲所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén)裝置來(lái)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。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(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間;

②將滑塊b置于兩光電門(mén)之間,將滑塊a置于光電門(mén)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(guò)光電門(mén)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(guò)光電門(mén)2;④實(shí)驗(yàn)后,分別記錄下滑塊a上擋光片通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間t1,兩滑塊一起運(yùn)動(dòng)時(shí)擋光片通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間t2。甲乙(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(guò)光電門(mén)的時(shí)間為Δt,則滑塊通過(guò)光電門(mén)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(guò)光電門(mén)1的速度v1=2.00m/s,兩滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)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))

10.(2024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(guò)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(mén)?，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(mén)記錄一個(gè)擋光時(shí)間Δt1,B點(diǎn)處光電門(mén)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”);

(3)滑塊Q通過(guò)光電門(mén)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(mǎn)足動(dòng)量守恒,則滿(mǎn)足的關(guān)系式為。(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)

11.在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用如圖所示的裝置進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)操作:①先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平,在一塊平木板表面釘上白紙和復(fù)寫(xiě)紙,并將該木板豎直立于槽口處。使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板并在白紙上留下痕跡O;②將木板向遠(yuǎn)離槽口方向平移一段距離,再使小球a從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板上得到痕跡B;③然后把半徑相同的小球b靜止放在斜槽水平末端,小球a仍從原來(lái)?yè)醢逄幱伸o止釋放,與小球b相碰后,兩球撞在木板上得到痕跡A和C;④用天平測(cè)量a、b的質(zhì)量分別為ma、mb,用刻度尺測(cè)量紙上O點(diǎn)到A、B、C三點(diǎn)的豎直距離分別為y1、y2、y3。(1)小球a與小球b相碰后,兩球撞在木板上得到痕跡A和C,其中小球a撞在木板上的(選填“A”或“C”)點(diǎn)。

(2)用本實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的量來(lái)驗(yàn)證兩球碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒,其表達(dá)式為(僅用ma、mb、y1、y2、y3表示)。

參考答案分層作業(yè)6科學(xué)驗(yàn)證:動(dòng)量守恒定律1.BCD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(xiàn)在同一平面,選項(xiàng)B、D正確。只有滿(mǎn)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。2.AB導(dǎo)軌不水平,小車(chē)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(chē)通過(guò)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(chē)碰后連在一起,不要求兩小車(chē)質(zhì)量相等。3.解析兩木塊彈開(kāi)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。答案(1)刻度尺天平(2)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、x2(3)m1x1=m2x24.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(guò)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。(3)不放B時(shí),A在水平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程,由動(dòng)能定理得-μm1gx1=0-12m1v12,解得v1=2μgx1,碰撞后,設(shè)A碰撞后速度為v1',A在水平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由動(dòng)能定理得-μm1gx2=0-12m1v1'2,解得v1'=2μgx2,設(shè)B碰撞后的速度為v2',碰后滑行過(guò)程中,由動(dòng)能定理得-μm2gx3=0-12m2v2'2,解得v2'=2μgx3答案(1)CD(2)刻度尺和天平(3)C5.解析小球從靜止釋放運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中,機(jī)械能守恒,對(duì)于球A有mAgL(1-cosα)=12mvA2,所以vA=2gL(1-cosα),同理可得vB=-2gL(1-cosmA2gL(1=mA2gL(1-答案mA2gL(1-cosα)-mB6.解析由題圖可知碰撞前m1的速度大小v1=0.20.2故碰撞前m1v1=0.015×1kg·m/s=0.015kg·m/s。碰撞后m1速度大小v1'=0.3-0.20.m2的速度大小v2'=0.35-0.20.4故m1v1'=0.015×0.5kg·m/s=0.0075kg·m/s,m2v2'=0.01×0.75kg·m/s=0.0075kg·m/s,可知m1v1=m1v1'+m2v2'。答案0.015kg·m/s0.0075kg·m/s0.0075kg·m/s碰撞前后兩球總動(dòng)量不變7.解析小球A在碰撞前后擺動(dòng),滿(mǎn)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mAgl(1-cosα)=12mAv則mAvA=mA2gl碰后對(duì)A,有mAgl(1-cosβ)=12mAvA'2則mAvA'=mA2gl碰后B做平拋運(yùn)動(dòng),有x=vB't,h=12gt2,所以mBvB'=mBxg答案(1)B球平均落點(diǎn)(2)mA、mB、α、β、l、h、x(3)mA2gl(1-cosα)m8.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=12gt2,聯(lián)立代入射程得m1LOP=m1LOM+m2LON(3)該圖像縱坐標(biāo)為L(zhǎng)OM,根據(jù)m1LOP=m1LOM+m2LON,整理得LOM=m1LOP-m2LONm1=LOP-1m1·(m2·(4)由上述可知,斜率絕對(duì)值為k=1m1,a=L答案(1)m1>m2(2)m1LOP=m1LOM+m2LON(3)D(4)k=1m1,9.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(xiàn)運(yùn)動(dòng),故滑塊a上的擋光片通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間相等。(2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為15mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×10mm=0.50mm,所以擋光片的寬度d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm。(3)由于擋光片的寬度比較小,故擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間比較短,因此可將擋光片通過(guò)光電門(mén)的平均速度看成滑塊通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度,故滑塊通過(guò)光電門(mén)的速度可表示為v=dΔ(4)兩滑塊相互作用前系統(tǒng)的總動(dòng)量為p1=m1v1=0.620×2.00kg·m/s=1.240kg·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)×1.20kg·m/s=1.236kg·m/s。答案(1)相等(2)1.550(3)dΔt(4)1.240110.解析(1)該游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為(4+7×0.05)mm=4.35mm;(2)不管滑塊P從圓弧面上怎樣釋放都可以用光電門(mén)A測(cè)