2024高考物理一輪復習第六章微專題49實驗：實驗動能守恒定律練習含解析教科版

PAGEPAGE1微專題49試驗：試驗動能守恒定律1．(2024·吉林省“五地六校”合作體聯(lián)考)如圖1所示試驗裝置，某同學用a、b兩個半徑相等的小球．根據(jù)以下步驟探討彈性正碰試驗操作．圖1①在水平木板表面釘上白紙和復寫紙，并將該木板豎直立于緊靠槽口處，使小球a從斜槽軌道上固定點處由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；②將木板水平向右移動肯定距離并固定，再使小球a從固定點處由靜止釋放，撞到木板上．重復多次，用完可能小的圓把小球的落點圈在里面，其圓心就處與小球落點的平均位置，得到痕跡B；③把小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從固定點處由靜止釋放，和小球b相碰后，重復多次，并運用與其次步同樣的方法分別標出碰撞后兩個小球落點的平均位置，得到兩球撞在木板上痕跡A和C.(1)為了保證在碰撞過程中a球不反彈，a、b兩球的質(zhì)量m1、m2間的關(guān)系是m1________m2(選填“大于”“小于”“等于”)；(2)完成本試驗，必需測量的物理量有________．A．小球a起先釋放的高度hB．木板水平向右移動的距離lC．a(chǎn)球和b球的質(zhì)量分別為m1、m2D．O點到A、B、C三點的距離分別為y1、y2、y3(3)若(2)所給選項的物理量均已知，若滿意條件________(用測量量表示)，則表示兩小球發(fā)生的是彈性碰撞．2．(2024·安徽省皖江名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖2甲所示為曉宇同學利用氣墊導軌驗證動量守恒定律的試驗裝置，利用彈射裝置給滑塊a一水平向右的速度，使其拖動紙帶在氣墊導軌上運動，經(jīng)過一段時間滑塊a與靜止的滑塊b發(fā)生相互作用，兩滑塊碰后粘合在一起共同在氣墊導軌上運動，在整個過程中打出的紙帶如圖乙所示．已知兩滑塊的質(zhì)量分別用ma、mb表示，紙帶上打出相鄰兩點之間的時間間隔為T.圖2(1)若碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒，則需驗證的關(guān)系式為________________________________________________________________________；(2)假如將上述物理量均測量出，代入數(shù)據(jù)后發(fā)覺碰前的動量略大于碰后的動量，請分析引起試驗誤差的緣由：________________________________________________________________________.3．(2024·北京市豐臺區(qū)其次次模擬)在“驗證動量守恒定律”的試驗中，甲、乙兩位同學采納了不同的試驗方案．(1)如圖3所示，甲同學利用“碰撞試驗器”驗證動量守恒定律．圖3①試驗中，斜槽軌道末端________(選填選項前字母)．A．必需水平B．要向上傾斜C．要向下傾斜②若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2.試驗要求m1________m2，r1________r2(選填“＞”“＜”或“＝”)．③圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影．試驗時，先讓入射小球m1多次從斜軌上S位置由靜止釋放，找到其平均落點位置P，測量平拋射程OP；然后把被碰小球m2靜置于軌道水平部分末端，再將入射小球m1從斜軌上S位置由靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復．空氣阻力忽視不計，接下來要完成的必要步驟是________(填選項前的字母)．A．測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2B．測量小球m1起先釋放時的高度hC．測量拋出點距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、NE．測量平拋射程OM、ONF．測量兩個小球的半徑r1、r2④若兩小球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為________________；若碰撞是彈性碰撞，則還可以寫出表達式為____________________(用③中測量的量表示)．(2)如圖4所示，乙同學利用此裝置驗證動量守恒定律．水平氣墊導軌(軌道與滑塊間摩擦力忽視不計)上裝有兩個光電計時裝置C和D，可記錄遮光片的遮光時間．將滑塊A、B靜止放在導軌上，乙同學根據(jù)如下步驟進行試驗：圖4a．測量滑塊A的質(zhì)量mA，測量滑塊B的質(zhì)量mBb．測量滑塊A的遮光片的寬度d1，滑塊B的遮光片的寬度d2c．給滑塊A一個向右的瞬時沖量，讓滑塊A與靜止的滑塊B發(fā)生碰撞后，B、A依次通過光電計時裝置Dd．待B、A完全通過光電計時裝置D后用手分別按住e．記錄光電計時電裝置C顯示的時間t1和裝置D顯示的時間t2、t3①完成上述試驗步驟須要的試驗器材有____________．②根據(jù)乙同學的操作，若兩滑塊碰撞前后的動量守恒，其表達式可表示為_________________；兩滑塊碰撞過程中損失的機械能為______________________________．

答案精析1．(1)大于(2)CD(3)eq\f(1,\r(y2))＋eq\f(1,\r(y3))＝eq\f(1,\r(y1))解析(3)碰撞后水平位移相等，那么用豎直位移表示初速度．v＝eq\f(x,t)＝eq\f(x,\r(\f(2y,g)))，由動量守恒與能量守恒得：m1v0＝m1v1＋m2v2，eq\f(1,2)m1v02＝eq\f(1,2)m1v12＋eq\f(1,2)m2v22，聯(lián)立可得：v0＋v1＝v2，即：eq\f(1,\r(y2))＋eq\f(1,\r(y3))＝eq\f(1,\r(y1))，所以上式是彈性碰撞的條件．2．(1)7max2＝5(ma＋mb)x1(2)紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦或空氣阻力等解析(1)彈射出滑塊a后，滑塊a做勻速運動，滑塊a與滑塊b發(fā)生碰撞后一起做勻速運動，由題中的條件可知，碰撞前滑塊a的動量為：p1＝mava＝ma·eq\f(x2,5T)，滑塊b的動量為零，則碰撞前兩滑塊的總動量為ma·eq\f(x2,5T)；碰撞后兩滑塊的速度相等，所以碰撞后總動量為：p2＝(ma＋mb)vb＝(ma＋mb)·eq\f(x1,7T)；若系統(tǒng)的動量守恒，則應有p1＝p2，整理得7max2＝5(ma＋mb)x1；(2)因為紙帶與打點計時器限位孔有摩擦力的作用，同時還有空氣阻力等因素存在，從而使兩結(jié)果并不完全相同，但在誤差允許的范圍內(nèi)，可以認為動量守恒．3．(1)①A②>＝③ADE④m1·OP＝m1·OM＋m2·ONm1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2(2)①天平、刻度尺②eq\f(mAd1,t1)＝eq\f(mAd1,t3)＋eq\f(mBd2,t2)eq\f(1,2)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(mAd12\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t12)－\f(1,t32)))－mBd22\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t22)))))解析(1)①試驗中，斜槽軌道末端必須要水平，以保證小球能做平拋運動，故選A；②為保證兩球發(fā)生正碰，要求兩球必須要等大，即r1＝r2；為防止入射球反彈，則入射球的質(zhì)量要大于被碰球的質(zhì)量，即m1>m2；③要驗證動量守恒定律，即驗證：m1v1＝m1v2＋m2v3，小球離開軌道后做平拋運動，它們拋出點的高度相等，在空中的運動時間t相等，上式兩邊同時乘以t得：m1v1t＝m1v2t＋m2v3t，得：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，因此須要完成的必要的操作步驟是ADE.④試驗須要驗證：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON；若碰撞時為彈性碰撞，則有：eq\f(1,2)m1v12＝eq\f(1,2)m1v22＋eq\f(1,2)m2v32，即eq\f(1,2)m1·OP2＝eq\f(1,2)m1·OM2＋eq\f(1,2)m2·ON2故m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2；(2)①完成上述試驗步驟須要的試驗器材有天平和刻度尺；②碰撞前后滑塊A的速度分別為：vA0＝eq\f(d1,t1)，vA1＝eq\f(d1,t3)碰撞后滑塊B的速度為：vB＝eq\f(d2,t2)則要驗證的關(guān)系是：mAvA0＝mAvA1＋mBvB，即eq\f(mAd1,t1)＝eq\f(mAd1,t3)＋eq\f(mBd2,t2)；兩滑塊碰撞過程中損失的機械能為：ΔE＝eq\f(1,2)mAvA02－eq\b\lc\(\rc\)(\a