新教材2024高中物理第一章動量守恒定律1.4實驗：驗證動量守恒定律同步測試新人教版選擇性必修第一冊

第一章機械能守恒定律4試驗：驗證動量守恒定律【基礎(chǔ)鞏固】1.在利用平拋運動驗證動量守恒定律的試驗中,安裝斜槽軌道時,應(yīng)讓斜槽末端的切線保持水平,這樣做的目的是 ()A.使入射球得到較大的速度B.使入射球與被碰球?qū)π呐鲎埠笏俣染鶠樗椒较駽.使入射球與被碰球碰撞時動能無損失D.使入射球與被碰球碰撞后均能從同一高度飛出解析:試驗中小球能水平飛出是試驗勝利的關(guān)鍵.答案:B2.下圖為驗證動量守恒定律的試驗裝置示意圖,兩個帶有等寬遮光條的滑塊A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,在A、B間鎖定一壓縮的輕彈簧,將其置于氣墊導(dǎo)軌上.已知A到C與B到D的距離相等,遮光條的寬度為d.接通充氣開關(guān),解除彈簧的鎖定,彈簧將兩滑塊沿相反方向彈開,光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為t1和t2.(1)本試驗須要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平,調(diào)整方案是

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(2)調(diào)整導(dǎo)軌水平后進行試驗,若關(guān)系式成立,則說明該試驗動量守恒.

(3)某次試驗未接通充氣開關(guān),彈簧被鎖定時壓縮的長度不變,光電門C、D記錄下兩遮光條通過的時間分別為t3和t4,兩滑塊與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)相同,若要測出該動摩擦因數(shù),還須要測量的量是.

解析:(1)接通充氣開關(guān),調(diào)整導(dǎo)軌,滑塊能靜止在氣墊導(dǎo)軌上或使滑塊經(jīng)兩個光電門的時間相等時,則表示氣墊導(dǎo)軌已調(diào)整至水平狀態(tài).(2)兩滑塊組成的系統(tǒng)彈開前動量為0,若兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒,則彈開后滿意mAvA=mBvB,即mAdt1=mBdt2,所以m(3)對滑塊A,有dt12-dt32=2μgxAC,對滑塊B,有dt22-dt42=2μgxBD,故還需測量滑塊到光電門的距離.答案:(1)接通充氣開關(guān),調(diào)整導(dǎo)軌使滑塊能靜止在導(dǎo)軌上或使滑塊經(jīng)兩個光電門的時間相等(2)mAt13.(2024·浙江1月選考卷)“探究碰撞中的不變量”的試驗裝置如圖所示,阻力很小的滑軌上有兩輛小車A、B,給小車A肯定速度去碰撞靜止的小車B,小車A、B碰撞前后的速度大小可由速度傳感器測得.(1)試驗應(yīng)進行的操作有.

A.測量滑軌的長度B.測量小車的長度和高度C.碰撞前將滑軌調(diào)成水平(2)下表是某次試驗時測得的數(shù)據(jù):A的質(zhì)量/kgB的質(zhì)量/kg碰撞前A的速度大小/(m·s-1)碰撞后A的速度大小/(m·s-1)碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.2000.3001.0100.2000.800由表中數(shù)據(jù)可知,碰撞后小車A、B所構(gòu)成系統(tǒng)的總動量大小是kg·m/s.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

解析:(1)試驗須要測量小車的速度和質(zhì)量,不須要測量滑軌的長度以及小車的長度和高度,選項A、B錯誤;當(dāng)系統(tǒng)所受合外力為0時系統(tǒng)動量守恒,故碰撞前應(yīng)將滑軌調(diào)成水平,選項C正確.(2)由于小車A的質(zhì)量小于小車B的質(zhì)量,因此碰撞后小車A反彈,以碰撞前小車A的速度方向為正方向,則碰撞后小車A、B所構(gòu)成的系統(tǒng)總動量p=mAvA+mBvB=0.200×(-0.200)kg·m/s+0.300×0.800kg·m/s=0.200kg·m/s.答案:(1)C(2)0.2004.某同學(xué)設(shè)計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的試驗:小車A前端粘有橡皮泥,后端連著一穿過打點計時器的紙帶,接通打點計時器電源后,推動小車A使之做勻速直線運動,與原來靜止在前方的相同材料制成的小車B相碰并粘在一起,接著做勻速直線運動,他設(shè)計的試驗裝置如圖甲所示.甲(1)長木板右端下面墊一小木塊的目的是

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(2)若已獲得的紙帶如圖乙所示,A為運動的起點,相鄰計數(shù)點間距離分別記為xAB、xBC、xCD和xDE,用天平測得A、B兩車的質(zhì)量分別為mA、mB,則需驗證的表達(dá)式為.

乙解析:(1)長木板右端下面墊一小木塊,目的是平衡摩擦力,使小車拖著紙帶在木板上能做勻速直線運動.(2)從題圖中可以看出,B到C的時間等于D到E的時間,所以可以用BC的長度代表小車碰撞前的速度,用DE的長度代表碰撞后的速度,應(yīng)有(mA+mB)·xDE=mA·xBC.答案:(1)平衡摩擦力,使小車能在木板上做勻速直線運動(2)(mA+mB)·xDE=mA·xBC5.某同學(xué)用圖甲所示裝置通過半徑相同的A、B兩球的碰撞來驗證動量守恒定律.試驗時先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止起先滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡.重復(fù)上述操作10次,得到10個落點痕跡.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,讓A球仍從位置G由靜止起先滾下,和B球碰撞后,A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡.重復(fù)這種操作10次,得到了如圖乙所示的三個落地點區(qū)域.甲乙(1)找出落地點的平均位置的方法是

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圖中OP的長度是xOP=cm.

(2)已知mA∶mB=2∶1,若碰撞過程中動量守恒,則由圖可以推斷出R是球的落地點,P是球的落地點.

(3)用題中的字母表示驗證動量守恒的表達(dá)式為.

解析:(1)用完量小的圓把全部落點圈在里面,則此圓的圓心即落點的平均位置.由題圖可知,xOP=13.0cm.(2)R應(yīng)是被碰小球B的落地點,P為入射小球A碰撞后的落地點.(3)小球落地時間t相同,由mAxOPt+mBxORt=mA·xOQt可知,驗證動量守恒的表達(dá)式為mA·xOP+mB·xOR答案:(1)用完量小的圓把全部落點圈在里面,圓心即落點的平均位置13.0(2)BA(3)mA·xOP+mB·xOR=mA·xOQ【拓展提高】6.如圖所示,在試驗室用兩端帶有豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌及有固定擋板的質(zhì)量都是m'的滑塊A和B做驗證動量守恒定律的試驗,試驗步驟如下:Ⅰ.把兩滑塊A和B緊靠在一起,在A上固定質(zhì)量為m的砝碼(未畫出),將A和B置于導(dǎo)軌上,用電動卡銷卡住A和B,在A和B的固定擋板間放入一輕彈簧,使彈簧處于水平壓縮狀態(tài);Ⅱ.按下電鈕放開電動卡銷,同時啟動兩個記錄兩滑塊運動時間的電子計時器,在A和B與固定擋板C和D碰撞的同時電子計時器自動停止計時,登記A運動至C的時間t1,B運動至D的時間t2;Ⅲ.重復(fù)幾次,取t1和t2的平均值.(1)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時應(yīng)留意;

(2)應(yīng)測量的數(shù)據(jù)還有;

(3)只要關(guān)系式成立,即可驗證動量守恒定律.

解析:(1)導(dǎo)軌水平?；瑝K做勻速運動.(2)需測出A左端到擋板C的距離x1和B右端到擋板D的距離x2,由計時器登記A、B到兩擋板的時間t1、t2,算出兩滑塊A、B彈開時的速度v1=x1t1,v2(3)若動量守恒,則(m'+m)v1-m'v2=0,即(m'+m)x1t1答案:(1)使氣墊導(dǎo)軌水平(2)滑塊A的左端到擋板C的距離x1和滑塊B的右端到擋板D的距離x2(3)(m'+m)x1t7.物理小組利用頻閃照相和氣墊導(dǎo)軌做驗證動量守恒定律的試驗.步驟如下:①用天平測出滑塊A、B的質(zhì)量分別為300g和200g;②安裝好氣墊導(dǎo)軌,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使導(dǎo)軌水平;③向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣;④把A、B兩滑塊放到導(dǎo)軌上,并給它們一個初速度,同時起先閃光照相.閃光的時間間隔設(shè)定為t=0.2s,照片如圖所示.該組同學(xué)結(jié)合試驗過程和圖分析知:該圖是閃光4次拍得的照片,在這4次閃光的瞬間,A、B兩滑塊均在0~80cm刻度范圍內(nèi);第一次閃光時,滑塊B恰好通過x=55cm處,滑塊A恰好通過x=70cm處;碰撞后有一個物體處于靜止?fàn)顟B(tài).(1)以上狀況說明碰后(選填“A”或“B”)滑塊靜止,滑塊碰撞發(fā)生在cm處.

(2)滑塊碰撞發(fā)生在第一次閃光后s.

(3)選向右為正方向,碰撞前兩滑塊的總動量是kg·m/s,碰撞后兩滑塊的總動量是kg·m/s,以上試驗結(jié)果說明

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解析:(1)由題圖可知,A只有兩個位置有照片,這說明A碰后保持靜止,故碰撞發(fā)生在第一、二兩次閃光之間,碰撞后A靜止,故碰撞發(fā)生在x=60cm處.(2)碰撞后B向左做勻速運動,設(shè)其速度為vB',有vB'·t=0.2m,從發(fā)生碰撞到其次次閃光時B向左運動10cm,時間為t',有vB'·t'=0.1m,第一次閃光到發(fā)生碰撞時間為Δt,有Δt+t'=t,解得Δt=0.1s.(3)選向右為正方向,碰撞前B的速度大小vB=0.050.1m/s=0.5m/s,A的速度大小vA=0.10.1m/s=1m/s,則碰撞前兩滑塊的總動量p1=mBvB-mAvA=-0.2kg·m/s;碰撞后,A靜止,B的速度大小v-0.2kg·m/s.以上試驗結(jié)果說明在碰撞前后系統(tǒng)的動量不變.答案:(1)A60(2)0.1(3)-0.2-0.2碰撞前后系統(tǒng)的動量守恒8.某同學(xué)用圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律,試驗起先前在水平放置的氣墊導(dǎo)軌左端裝一個彈射裝置,滑塊遇到彈射裝置后被鎖定,打開限制開關(guān),滑塊可被彈射裝置向右彈出.滑塊甲和滑塊乙上裝有相同寬度的擋光片,在滑塊甲的右端和滑塊乙的左端裝上了彈性碰撞架(圖中未畫出).試驗起先前,滑塊甲被彈射裝置鎖定,滑塊乙靜止于兩個光電門之間.甲(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d,結(jié)果如圖乙所示,則d=cm.

乙(2)為使碰撞后兩個滑塊能夠先后通過光電門2,選用組滑塊試驗效果更好.

A.m甲=50g,m乙=50gB.m甲=100g,m乙=50gC.m甲=50g,m乙=100g(3)試驗時,數(shù)字計時器記錄下滑塊甲(質(zhì)量為m甲)通過光電門1的時間為t1,滑塊乙(質(zhì)量為m乙)通過光電門2的時間為t2,滑塊甲通過光電門2的時間為t3,只要等式成立,就可以說明碰撞前后動量守恒;只要等式成立,就可以說明這次碰撞沒有能量損失.(用題目中所給的字母表示)

解析:(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為21mm,游標(biāo)尺讀數(shù)為0.05×9mm=0.45mm,最終讀數(shù)為21.45mm=2.145cm.(2)為使碰撞后兩個滑塊能夠