2025版高考物理全程一輪復(fù)習課時分層精練三十五驗證動量守恒定律習題

課時分層精練(三十五)驗證動量守恒定律基礎(chǔ)落實練1．[2024·河南南陽模擬預(yù)測]用如圖1所示的裝置，來驗證碰撞過程中的動量守恒．圖中PQ是斜槽，QR為水平槽．O點是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點，A、B兩球大小相同，質(zhì)量之比mA∶mB＝3∶1.先使A球從斜槽上某一高度處由靜止釋放，在水平地面的記錄紙上留下落點痕跡P，重復(fù)10次，得到10個落點．再把B球放在水平槽上的末端R處，讓A球仍從同一高度處由靜止釋放，與B球碰撞，碰后A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點痕跡，重復(fù)10次．A、B兩球在記錄紙上留下的落點痕跡如圖2所示，其中米尺的零點與O點對齊．(1)碰撞后A球的水平射程應(yīng)取________cm.(2)本實驗巧妙地利用小球飛行的水平距離表示小球的水平速度．下面的實驗條件中，可能不能使小球飛行的水平距離的大小表示為水平初速度大小的是________．A．使A、B兩小球的質(zhì)量之比改變?yōu)?∶1B．升高小球初始釋放點的位置C．使A、B兩小球的直徑之比改變?yōu)?∶3D．升高桌面的高度，即升高R點距地面的高度(3)利用此次實驗中測得的數(shù)據(jù)計算碰撞前的總動量與碰撞后的總動量的比值為________(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).2．[2024·河南鄭州統(tǒng)考模擬預(yù)測]用如圖所示的裝置根據(jù)平拋運動規(guī)律驗證兩小球碰撞中的動量守恒．使用頻閃相機對小球碰撞前后的運動情況進行拍攝．圖中背景是放在豎直平面內(nèi)帶方格的紙板，紙板平面與小球運動軌跡所在的平面平行，每個小方格的邊長為a＝5cm，取g＝10m/s2，實驗核心步驟如下：(1)讓小球m1從擋板處由靜止釋放，從斜槽末端水平拋出后頻閃照片如圖乙中的A所示．(2)把小球m2靜置于軌道末端，讓小球m1從擋板處由靜止釋放，兩球在斜槽末端碰撞．碰撞后兩小球從斜槽末端水平拋出．拋出后的頻閃照片分別如圖乙中的B、C所示．(3)由圖乙結(jié)合已知數(shù)據(jù)可計算出頻閃相機閃光的周期T＝________s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).(4)由圖乙結(jié)合已知數(shù)據(jù)可計算出碰撞后小球m2的速度v2＝________m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).(5)若碰撞過程中動量守恒，則m1∶m2＝________.3．[2023·遼寧卷]某同學為了驗證對心碰撞過程中的動量守恒定律，設(shè)計了如下實驗：用紙板搭建如圖所示的滑道，使硬幣可以平滑地從斜面滑到水平面上，其中OA為水平段．選擇相同材質(zhì)的一元硬幣和一角硬幣進行實驗．測量硬幣的質(zhì)量，得到一元和一角硬幣的質(zhì)量分別為m1和m2(m1>m2).將硬幣甲放置在斜面上某一位置，標記此位置為B.由靜止釋放甲，當甲停在水平面上某處時，測量甲從O點到停止處的滑行距離OP.將硬幣乙放置在O處，左側(cè)與O點重合，將甲放置于B點由靜止釋放．當兩枚硬幣發(fā)生碰撞后，分別測量甲、乙從O點到停止處的滑行距離OM和ON.保持釋放位置不變，重復(fù)實驗若干次，得到OP、OM、ON的平均值分別為s0、s1、s2.(1)在本實驗中，甲選用的是________(填“一元”或“一角”)硬幣；(2)碰撞前，甲到O點時速度的大小可表示為________(設(shè)硬幣與紙板間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g)；(3)若甲、乙碰撞過程中動量守恒，則eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝________(用m1和m2表示)，然后通過測得的具體數(shù)據(jù)驗證硬幣對心碰撞過程中動量是否守恒；(4)由于存在某種系統(tǒng)或偶然誤差，計算得到碰撞前后甲動量變化量大小與乙動量變化量大小的比值不是1，寫出一條產(chǎn)生這種誤差可能的原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________.素養(yǎng)提升練4．[2024·湖南統(tǒng)考模擬預(yù)測]2022年10月16日，黨的二十大在京開幕，在二十大報告中，體育、健康等關(guān)鍵詞多次被提及，報告提出：“促進群眾體育和競技體育全面發(fā)展，加快建設(shè)體育強國”，這正是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的一個重要目標，冰壺運動深受人們的喜愛，現(xiàn)在流行一種旱地冰壺，它的賽道是由多塊正方形的耐力板組成，如圖甲所示，某實驗小組的同學想用此裝置驗證碰撞中的動量守恒，為了便于實驗研究，將旱地冰壺的賽道改造成如圖乙所示的賽道，現(xiàn)有兩個材料不同的紅壺和黃壺，某同學先將黃壺放在出發(fā)點a處，輕推黃壺，測得黃壺經(jīng)過b點后再向前運動n1格速度變?yōu)榱?，并恰好停在分界線的中心點上；然后在a處仍然放上黃壺，在b處放上紅壺，以相同的方式輕推黃壺，與紅壺碰撞后，測得紅壺向前運動n2格速度變?yōu)榱?，黃壺經(jīng)過b點后再向前運動n3格速度變?yōu)榱悖瑑蓧鼐『猛Ｔ诜纸缇€的中心點上．(1)為保證碰撞中的實驗效果，要求黃壺的質(zhì)量________(填“大于”“等于”或“小于”)紅壺的質(zhì)量．(2)若已知黃壺的質(zhì)量為m1，與耐力板間的動摩擦因數(shù)為μ1；紅壺的質(zhì)量為m2，與耐力板間的動摩擦因數(shù)為μ2，則驗證動量守恒定律的表達式為______________________________(用題中所給字母表示).(3)若兩壺為彈性碰撞，則eq\f(μ1,μ2)＝____________(用n1、n2、n3表示).課時分層精練（三十五）驗證動量守恒定律1．解析：（1）根據(jù)圖像得，A球落點應(yīng)取所有點跡組成小圓的圓心，A球的水平射程為14.45～14.50cm.（2）改變小球的質(zhì)量比，小球仍做平拋運動，豎直方向高度不變，飛行時間不變，水平距離與水平速度成正比，A錯誤．升高小球的初始釋放點，小球仍做平拋運動，豎直方向高度不變，飛行時間不變，水平距離與水平速度成正比，B錯誤．改變小球直徑，兩球重心不在同一高度，飛行豎直高度不同，時間不同，水平距離與水平速度不再成正比，C正確．升高桌面高度，小球仍做平拋運動，豎直方向高度不變，飛行時間不變，水平距離與水平速度成正比，D錯誤．（3）根據(jù)平拋運動，豎直方向h＝eq\f(1,2)gt2，水平x＝vt，根據(jù)題意得p＝mAvA，p′＝mAvA′＋mBvB′聯(lián)立解得eq\f(p,p')＝eq\f(3OP,3OM＋ON)＝1.01（1.01～1.02）.答案：（1）14.45～14.50（2）C（3）1.01～1.022．解析：（3）小球在空中做平拋運動，豎直方向上做自由落體運動，豎直方向上有Δy＝y(tǒng)2－y1＝2a＝gT2解得頻閃相機閃光的周期為T＝eq\r(\f(2a,g))＝eq\r(\f(2×5×10－2,10))s＝0.10s（4）小球在水平方向上勻速直線運動，由圖可知碰撞前小球m1的水平速度為v1＝eq\f(4a,T)＝eq\f(4×5×10－2,0.10)m/s＝2.0m/s碰撞后小球m2的水平速度為v2＝eq\f(6a,T)＝eq\f(6×5×10－2,0.10)m/s＝3.0m/s（5）碰撞后小球m1的水平速度為v′1＝eq\f(2a,T)＝eq\f(2×5×10－2,0.10)m/s＝1.0m/s取水平向右為正方向，根據(jù)動量守恒定律可得m1v1＝m1v′1＋m2v2帶入數(shù)據(jù)解得eq\f(m1,m2)＝eq\f(v2,v1－v′1)＝eq\f(3.0,2.0－1.0)＝eq\f(3,1)答案：（3）0.10（4）3.0（5）3∶13．解析：（1）根據(jù)題意可知，甲與乙碰撞后沒有反彈，可知甲的質(zhì)量大于乙的質(zhì)量，甲選用的是一元硬幣；（2）甲從O點到P點，根據(jù)動能定理－μm1gs0＝0－eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)解得碰撞前，甲到O點時速度的大小v0＝eq\r(2μgs0)（3）同理可得，碰撞后甲的速度和乙的速度分別為v1＝eq\r(2μgs1)v2＝eq\r(2μgs2)若動量守恒，則滿足m1v0＝m1v1＋m2v2整理可得eq\f(\r(s0)－\r(s1),\r(s2))＝eq\f(m2,m1)（4）誤差可能的原因有：①測量誤差，因為無論是再精良的儀器總是會有誤差的，不可能做到絕對準確；②碰撞過程中，我們認為內(nèi)力遠大于外力，動量守恒，實際上碰撞過程中，兩個硬幣組成的系統(tǒng)合外力不為零．答案：（1）一元（2）eq\r(2μgs0)（3）eq\f(m2,m1)（4）見解析4．解析：（1）驗證碰撞中的動量守恒實驗，為防止入射壺反彈，入射壺的質(zhì)量應(yīng)大于被碰壺的質(zhì)量，所以黃壺的質(zhì)量要大于紅壺的質(zhì)量．（2）設(shè)每格耐力板的長度均為L，先在a點放黃壺，設(shè)黃壺經(jīng)過b點時的速度為v1，根據(jù)動能定理有－μ1m1gn1L＝0－eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)解得v1＝eq\r(2μ1gn1L)接著在a點放黃壺，在b點放紅壺，用同樣力度輕推黃壺，設(shè)黃壺碰撞后的速度為veq\o\al(′,1)，紅壺的速度為v2，根據(jù)動能定理，對黃壺有－μ1m1gn3L＝0－eq\f(1,2)m1v′eq\o\al(2,1)解得v′1＝eq\r(2μ1gn3L)對紅壺有－μ2m2gn2L＝0－eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)解得v2＝eq\r(2μ2gn2L)根據(jù)動量守恒定律有m1v1＝m1v′1＋m2v2將各速度代入可得m1eq\r(μ1n1)＝m1eq\r(μ1n3)＋m2eq\r(μ2n2)即為驗證動量守恒定律的表達式．（3）若碰撞是彈性的，根據(jù)能量守恒定律有eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1