实验十六+验证动量守恒定律（押题专练）-2018年高考物理一轮复习精品资料 13页

实验十六+验证动量守恒定律 ‎1．在“验证动量守恒定律”的实验中，关于入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影 响的说法中，正确的是 (　　)‎ A．释放点越低，小球受阻力越小，入射小球的入射速度越小，误差越小 B．释放点越高，两球碰后水平位移越大，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确 C．释放点越高，两球相碰时相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小 D．释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，水平槽对被碰小球的阻力越小 答案：BC ‎2．在做“验证动量守恒定律”的实验中，实验必须要求的条件是 (　　)‎ A．斜槽轨道必须是光滑的 B．斜槽轨道末端的切线是水平的 C．入射球每次都要从同一高度由静止滚下 D．碰撞的瞬间，入射球与被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行 解析：做本实验时，应注意每次实验时入射小球与被碰小球碰前速度相同，且方向水平，故B、C、D三项正确．至于斜槽是否光滑无需考虑，A项错误．‎ 答案：BCD ‎3．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图实－6‎ 所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．‎ 图实－6‎ ‎(1)该同学还必须有的器材是________________. ‎ ‎(2)需要直接测量的数据是__________________________．‎ ‎(3)用所得数据验证动量守恒的关系式是____________________________________．‎ 答案：(1)刻度尺、天平　‎ ‎(2)两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2‎ ‎(3)m1x1＝m2x2‎ ‎4．在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图实－7甲、乙所示的两种装置：‎ 图实－7‎ ‎(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则 (　　)‎ A．m1＞m2，r1＞r2　　　　　　B．m1＞m2，r1＜r2‎ C．m1＞m2，r1＝r2 D．m1＜m2，r1＝r2‎ ‎(2)若采用图乙所示装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是________．‎ A．直尺　B．游标卡尺　C．天平　D．弹簧测力计 E．秒表 ‎(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲所示装置进行实验时 ‎(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为 ‎____________．(用装置图中的字母表示)‎ 解析：(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1＞m2，为使入射球与被碰球发生对心碰撞，要求两小球半径相同．故选项C正确．‎ ‎(2)设a球碰前的速度为v1，a、b相碰后的速度分别为v1′、v2′.由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时，可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度．因此，验证的动量守恒关系m1v1＝m1v1′＋m2v2′可表示为m1x1＝m1x1′＋m2x2′.所以需要直尺、天平，而无需弹簧测力计、秒表．由于题中两个小球都可认为是从槽口开始做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无需游标卡尺．‎ ‎(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1OP＝m1OM＋m2O′N. ‎ 答案：(1)C　(2)AC　(3)m1OP＝m1OM＋m2O′N ‎5．某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端 粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图实－8所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50 Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．‎ 图实－8‎ ‎(1)若已得到打点纸带如图实－9所示，并测得各计数点间距(标在图上)．A为运动起 点，则应该选择________段来计算A碰前的速度，应选择________段来计算A和B碰后的共同速度．(以上空格选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”)‎ 图实－9‎ ‎(2)已测得小车A的质量m1＝0.40 kg，小车B的质量m2＝0.20 kg，由以上测量结果 可得碰前m1v0＝________ kg·m/s；碰后(m1＋m2)v共＝________ kg·m/s.由此得出结 论___________________________________________________________．‎ ‎(2)小车A碰撞前的速度 v0＝＝ m/s＝1.050 m/s 小车A在碰撞前 m1v0＝0.40×1.050 kg·m/s＝0.420 kg·m/s 碰后A和B的共同速度 v共＝＝ m/s＝0.695 m/s 答案：(1)BC　DE　(2)0.420　0.417　在误差允许的范围内，碰撞中mv的矢量和是守恒的 ‎6．某同学用图实－10所示的装置做“验证动量守恒定律”的实验．先将a球从斜槽轨 道上某固定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记录纸上留下压痕，重复10次；再把同样大小的b球放在斜槽轨道末端水平段的最右端静止放置，让a球仍从原固定点由静止开始滚下，和b球相碰后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复10次．‎ 图实－10‎ ‎(1)本实验必须测量的物理量有________；‎ A．斜槽轨道末端到水平地面的高度H B．小球a、b的质量ma、mb C．小球a、b的半径r D．小球a、b离开斜槽轨道末端后平抛飞行的时间t E．记录纸上O点到A、B、C各点的距离OA、OB、OC F．a球的固定释放点到斜槽轨道末端水平部分间的高度差h ‎(2)根据实验要求，ma__________mb(填“大于”、“小于”或“等于”)；‎ ‎(3)放上被碰小球后，两小球碰后是否同时落地？如果不是同时落地，对实验结果有 没有影响？(不必作分析)________；‎ ‎(4)为测定未放小球b时，小球a落点的平均位置，把刻度尺的零刻度线跟记录纸上 的O点对齐，图实－11给出了小球a落点附近的情况，由图可得OB距离应为 ‎__________ cm；‎ 图实－11‎ ‎(5)按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是_______________________________．‎ 答案：(1)BE　(2)大于 ‎(3)b球先落地，对实验结果无影响 ‎(4)45.95±0.02　(5)maOB＝maOA＋mbOC ‎7．用半径相同的两个小球A、B的碰撞验证动量守恒 定律，实验装置示意图如图实－12所示，斜槽与水 平槽圆滑连接．实验时先不放B球，使A球从斜槽 上某一固定点C由静止滚下，落到位于水平地面的 记录纸上留下痕迹．再把B球静置于水平槽边缘处，‎ 让A球仍从C处由静止滚下，A球和B球碰撞后 分别落在记录纸上留下各自的痕迹．记录纸上的O 点是重垂线所指的位置，若测得各落点痕迹到O点的距离：OM＝2.68 cm，OP＝8.62 cm，ON＝11.50 cm，并知A、B两球的质量比为2∶1，则未放B球时A球落地点是记录纸上的________点，系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量p′的百分误差×100%＝________%(结果保留一位有效数字)．‎ 解析：M、N分别是碰后两球的落地点的位置，P是碰前A球的落地点的位置，碰前系统的总动量可等效表示为p＝mA·OP，碰后总动量可等效表示为p′＝mA·OM＋mB·ON，‎ 则其百分误差×100%‎ ‎＝×100%≈2%.‎ 答案：P　2‎ ‎8．如图所示，在实验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B做“探究碰撞中的守恒量”的实验，实验步骤如下：‎ Ⅰ.把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在A和B的固定挡板间放入一轻弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态；‎ Ⅱ.按下电钮使电动卡销放开，同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与固定挡板C和D碰撞时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1，B至D的运动时间t2；‎ Ⅲ.重复几次，取t1和t2的平均值．‎ ‎(1)在调整气垫导轨时应注意________________________________；‎ ‎(2)应测量的数据还有______________________________________；‎ ‎(3)只有关系式________成立，即可得出碰撞中守恒的量是动量的矢量和．‎ 答案：见解析 ‎9．如图所示气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示(弹簧的长度忽略不计)，采用实验步骤如下：‎ a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB.‎ b．调整气垫导轨，使导轨处于水平．‎ c．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡锁锁定，静止放置在气垫导轨上．‎ d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1.‎ e．按下电钮放开卡锁，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B 滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2.‎ ‎(1)实验中还应测量的物理量是_________________________________．‎ ‎(2)利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是________，上式中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是_______________________________________．‎ 答案：见解析 ‎10．用如图所示的装置进行以下实验：‎ A．先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数μ，查出当地的重力加速度g.‎ B．用细线将滑块A、B连接，使A、B间的弹簧压缩，滑块B紧靠在桌边．‎ C．剪断细线，测出滑块B做平抛运动落地时到重垂线的水平位移x1和滑块A沿桌面滑行距离x2.‎ ‎(1)为验证动量守恒，写出还须测量的物理量及表示它的字母：_________.‎ ‎(2)动量守恒的表达式为__________________________．‎ 解析：设弹开时B、A的速度大小分别为vB、vA 则由动量守恒得：‎ mvB＝MvA①‎ 又x2＝②‎ vB＝③‎ 联立可得：‎ M＝mx1 .‎ 从表达式看，‎ 只需要再测量h即可．‎ 答案：(1)桌面离地面高度h ‎(2)M＝mx1 ‎11．如图所示是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高．将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，‎ 当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞．碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a.B点离水平桌面的高度为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外，‎ ‎(1)还需要测量的量是________、________和________．‎ ‎(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为 ‎________.(忽略小球的大小)‎ ‎(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程为 ‎2m1＝2m1＋m2.‎ 答案：(1)弹性球1、2的质量m1、m2　立柱高h　桌面高H ‎(2)2m1＝2m1＋m2 ‎12．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．‎ ‎(1)下面是实验的主要步骤：‎ ‎①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；‎ ‎②向气垫导轨通入压缩空气；‎ ‎③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；‎ ‎④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；‎ ‎⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；‎ ‎⑥先________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；‎ ‎⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图(b)所示；‎ ‎⑧测得滑块1的质量310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205 g.‎ 完善实验步骤⑥的内容．‎ ‎(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为________kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为________kg·m/s(保留三位有效数字)．‎ ‎(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是______________________.‎ 作用后系统的总动量为滑块1和滑块2的动量和，‎ 且此时两滑块具有相同的速度v，‎ v＝ m/s＝1.2 m/s，p＝(m1＋m2)v＝(0.310＋0.205)×1.2 kg·m/s＝0.618 kg·m/s.‎ ‎(3)存在误差的主要原因是纸带与打点计时器限位孔有摩擦．‎ 答案：(1)接通打点计时器的电源　放开滑块1‎ ‎(2)0.620　0.618‎ ‎(3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦 ‎13.在“验证动量守恒定律”的实验中，已有的实验器材有：斜槽轨道，大小相等质量不同的小钢球两个，重锤线一条，白纸，复写纸，圆规．实验装置及实验中小球运动轨迹及落点的情况简图如图4所示．‎ 试根据实验要求完成下列填空：‎ ‎(1)实验前，轨道的调节应注意．‎ ‎(2)实验中重复多次让a球从斜槽上释放，应特别注意 .‎ ‎(3)实验中还缺少的测量器材有 ．‎ ‎(4)实验中需要测量的物理量是．‎ ‎(5)若该碰撞过程中动量守恒，则一定有关系式成立．‎ 答案　(1)槽的末端的切线是水平的　(2)让a球从同一高处静止释放滚下　(3)天平、刻度尺　(4)a球的质量ma和b球的质量mb，线段OP、OM和ON的长度 ‎(5)ma·OP＝ma·OM＋mb·ON ‎14.把两个大小相同、质量不等的金属球用细线连接起来，中间夹一被压缩了的轻弹簧，置于摩擦可以忽略不计的水平桌面上，如图6所示，现烧断细线，观察两球的运动情况，进行必要的测量，探究物体间发生相互作用时的不变量．测量过程中：‎ 图6‎ ‎(1)还必须添加的器材有 .‎ ‎(2)需直接测量的数据是 .‎ ‎(3)需要验算的表达式如何表示？.‎ 答案　(1)刻度尺、白纸、复写纸、图钉、细线、铅锤、木板、天平　(2)两球的质量m1、m2，水平射程x1、x2‎ ‎(3)m1x1＝m2x2‎ ‎15.如图7是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边缘有一竖直立柱．实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2右端接触且两球等高．将球1拉到A 点，并使之静止，同时把球2放在立柱上．释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞，碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点．测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒．现已测出A点离水平桌面的距离为a、B点离水平桌面的距离为b、C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外：‎ 图7‎ ‎(1)还需要测量的量是、和．‎ ‎(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为．(忽略小球的大小)‎ 答案　(1)弹性球1、2的质量m1、m2　立柱高h　桌面离水平地面的高度H　(2)2m1＝2m1＋m2 解析　(1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化，根据弹性球1碰撞前后的高度a和b，由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度，故只要再测量弹性球1的质量m1，就能求出弹性球1的动量变化；根据平抛运动的规律只要测出立柱高h和桌面离水平地面的高度H就可以求出弹性球2碰撞前后的速度变化，故只要测量弹性球2的质量m2和立柱高h、桌面离水平地面的高度H就能求出弹性球2的动量变化．‎ ‎(2)根据(1)的解析可以写出动量守恒的方程 ‎2m1＝2m1＋m2.‎ ‎16．某同学利用电火花计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验．气垫导轨装置如图8(a)所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．‎ 图8‎ ‎(1)下面是实验的主要步骤：‎ ‎①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；‎ ‎②向气垫导轨通入压缩空气；‎ ‎③把电火花计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；‎ ‎④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；‎ ‎⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；‎ ‎⑥先，然后，让滑块带动纸带一起运动；‎ ‎⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出理想的纸带如图(b)所示；‎ ‎⑧测得滑块1的质量为310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g.‎ 完善实验步骤⑥的内容．‎ ‎(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为kg·m/s.(结果均保留三位有效数字)‎ ‎(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是．‎ 答案　(1)⑥接通打点计时器的电源　释放滑块1‎ ‎(2)0.620　0.618　(3)纸带和打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用 解析　(1)使用打点计时器时，先接通电源后释放纸带，所以先接通打点计时器的电源，后释放滑块1.‎ ‎(2)放开滑块1后，滑块1做匀速运动，跟滑块2发生碰撞后跟2一起做匀速运动，根据纸带的数据得：‎ ‎ (3)结果不完全相等是因为纸带与打点计时器限位孔之间有摩擦力的作用．‎ ‎ ‎