2017-2018学年高考物理精做18验证动量守恒定律实验大题精做新人教版

1、精做 18 验证动量守恒定律实验真题精做1 1 . （20112011 北京卷）如图，用”碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰 撞前后的动量关系。（1 1） 实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量_（填选项前的符号），间接地解决这个问题。A.A. 小球开始释放高度hB.B. 小球抛出点距地面的高度HC.C. 小球做平抛运动的射程（2 2） 图 2 2 中（点是小球抛出点在地面上的垂直投影。 实验时，先让入射球m多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OR然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜

2、轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_ （填选项前的符号）。A.A.用天平测量两个小球的质量m、m2B.B.测量小球开始释放高度hC.C. 测量抛出点距地面的高度 H HD.D.分别找到、m2相碰后平均落地点的位置M NE.E. 测量平抛射程OM ON（3 3） 若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 _ （用中测量的量表示）；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为 _ （用中测量的量表示）。（4 4） 经测定，m=45.0=45.0 g g,m2=7.5=7.5 g g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后叶的动量分别为p1与p1，则

3、p1: :p/=_；若碰撞结束时m2的动量为p2，贝 U UP：P2 =_。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值一Pl为P P2*（5 5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用中已知的数据，分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程ON勺最大值为【答案】（1 1） C C（2 2）ADEADE 或 DEADEA 或DAEDAE （3 3）m1OMm2ON = gOP222miOMm）2ON二mOP（4 4） 1414 2.92.9 11.0111.01（5 5） 76.876.8【解析】验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平

4、部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度，故答案是C;C;实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量平抛射程OP然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分， 再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中且 D D 要在 E E 之前。至于用天平秤质量先后均可以所以答案是ADEADE 或 DEADEA 或 DAEDAE 设落地时间为t,121212，一 ，一式是一mwm|V-im2v2所以右两球相碰前后的动量守恒，则m1

5、OM m2ON二 gOP成2 2 2动能是守恒的，则有m1OM2m2ON2=m1OP2成立，碰撞前后m1动量1.01发生弹性碰撞时，被碰小球获得速45 35.27.5 55.681m1v =1m1vf1m2v22 2 22m2汉45联立解得v2二-v1，因此最大射程为S =- 44.8 cm=76.8 cmg+m245汇7.52 2 （20142014 新课标全国n卷）利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（a）中，气垫导轨上有A、ROP44.814P1叶OM45.0X35.2 11P1-OM_35.2 11P2m?ON-7.5 55.682.9之比:D D、E E 是必须的，而OPV1

6、OMV2ON;而动量守恒的表达式是m1v1=m1v1m2v2，动能守恒的表达R _m1OPP1P2m1OM m2ON度最大，根据动量守恒的表达式是m1?/1=m1v1mv2，动能守恒的表达式是立，若碰撞是弹性碰撞，B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A质量m=0.310=0.310 kgkg，滑块B的质量m=0.108=0.108 kgkg，遮光片的宽度d=1.00=1.00 cmcm ;打点计时 器所用的交流电的频率为f=50=50 HZ。

7、将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向 右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间为=3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。碰撞前后总动量之差/若实验允许的相对误差绝对值（一4- 100%）最大为 5 5%,本实验是否在误差 碰前总动量加丿范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。【答案】见解析【解析】按定义物体运动的瞬时速度犬小*为：v式中&为物块在很短时间&内走过的路程，设纸带上打出相邻两点的时间间隔为则AZJ= 一= 0.02 sf化可视为很短1 i殳在上碰撞前后瞬时速度大小分别为畑叫 将式和團给实殓数据代入式可得:IK）=2.00m

8、/5vi =0,970 ms设B在碰撞后的速度大小为V2,由式有代入题所给的数据可得：V2=2.86=2.86 m/sm/s设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p，则p=mvo5p= =mv1+ +mv2两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为行P| 1OO0o联立式并代入有关数据，可得：6r= 1.7%V5%因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。模拟精做3 3 关于“验证动量守恒定律”的实验，请完成下列的三个问题：(1 1 )如图所示，在做“验证动量守恒定律”的实验时，实验必须要求满足的条件是:A.A. 斜槽轨道必须是光滑的B.B. 斜槽轨道末端的切线是水平的C.C. 入射球每次都

9、要从同一高度由静止滚下D.D.若入射小球质量为m1，被碰小球质量为 m m2，则 m m2(2)(2) 利用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m多次从斜轨上的S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P,测量出平抛的射程0P然后，把被碰小球m静置于轨道的水平部分，再将入射小球m从斜轨上的S位置由静止释放，与小球m相碰，并且多次重复。接下来要完成的必要步骤是 _ (填选项前的符号)。A.A. 用天平测量两个小球的质量m、mB.B. 测量小球m开始释放高度hC.C. 测量抛出点距地面的高度 H

10、HD.D. 分别找到m、m相碰后平均落地点的位置M NE.E. 测量平抛射程OM ON(3)(3)若两个小球相碰前后的动量守恒， 其表达式可以表示为_ 。利用(2 2)中所测量7的物理量表示；若碰撞是弹性的碰撞，那么还应该满足的表达式应该为 _O利用（2 2）中所测量的物理量表示O【答案】（1 1） BCDBCD （2 2） ADEADE 或 DEADEA 或 DAEDAE （ 3 3）mOMmO時mOP m0M+ +mOlN=mOP【解析】碰撞瞬间动量守恒，之后两个小球均做平抛运动，不需要斜槽末端光滑，由系统前后动量守恒，需要测量出两球质量和速度，速度的测量是根据平抛运动的时间相等，水平方向

11、匀速运动，利用若弹性碰撞，则能量守恒，有舟口衲2= *m2 m2v32，即m OM+ +m ON= =m OP。4 4 用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验:1先测出可视为质点的两滑块A、B的质量分别为m M及滑块与桌面间的动摩擦因数2用细线将滑块A、B连接， 使A B间的轻质短弹簧处于压缩状态，滑块B恰好紧靠桌边。3剪断细线，测出滑块B做平拋运动的水平位移xi,滑块A沿水平桌面滑行距离为X2（未滑出桌面）4为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母_;如果动量守恒，需要满足的关系式为 _O【解析稱幵后丘做平抛运动， 为求其弹幵后的速度即平抛运动的初速度， 必须测量下落

12、高度乩启+加，,弹开后占做匀减速运动，由动能定理戸的空三+卿“=&左血,由动量守恒定jLr律A/vi-wno=0；即Ain5 5 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的气垫导轨和滑块A和B水平位移替换速度的,OP OMm.-ttm2ON即mOMmON=mOP【答案】 桌面离地高度验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：a a 用天平分别测出滑块A、B的质量m、mb b 调整气垫导轨，使导轨处于水平c c.在A和B间放入一个被压缩的轻

13、弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上d d .用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离Lie e 按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A B运动时间的计时器开始工作，当A B滑块分别碰撞挡板C D时计时结束，记下A B分别到达C、D的运动时间ti和t2(2 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，产生误差的原因有 _ (至少答出两点)。【答案】(1 1)B的右端至挡板D的距离，符号为La(2 2)mALl=mBL2Li、L2、ti、t2、m、mB的数tit2据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线

14、运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；气垫导轨不完全水平(任写两点即可)【解析】A B两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出A与C的距离Li、B与D的距离L2及A到CB到D的时间ti和t2,测出两滑块的质量，就可以用= =m“tit2验证动量是否守恒。(i)实验中还应测量的物理量为B的右端至挡板D的距离，符号为L2。(2 2 )验证动量守恒定律的表达式是mAS= =m丄2。tit2产生误差的原因：1Li、L2、ti、12m、mB的数据测量误差；2没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；3滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；4气垫导轨不完全水平。6 6.

15、用如图所示装置通过半径相同的A、B两球(质量分别为m、m)的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下。落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复9上述操作 iOiO 次，得到 iOiO 个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作iOiO 次，得到如图所示的三个落点。用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离的长度。（1 1 ）两小球的质量关系应为m_ m? ?（选填”大于”“小于”或“等于”）（2） 碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出N是_ 球的落点，R是_

16、球的落点。（3） 用题中的字母写出动量守恒定律的表达式 _。【答案】（1 1）大于（2）B A（3 3）mAOP= =m mAOMmBON【解析】（1）为了使两球在落地时，能拉开距离方便测量，所以.丄球的质量犬于丧球的馬量；（2）延撞后力浒迟在前，丿在后，并且碰撞后球的速度勺汙延撞前的速度，故点为碰撞后丿球的落地点，尸为碰撞前球的落地点，N为迟球的落地点, 根將动量守恒可得叫片二耕丹+蚀吗= 叫竺纟竺+隔空，因为下落高度相同：所叹时间相等，所OP = mOM +ON.7 7 如图 1 1 所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装

17、置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置Q接下来的实验步骤如下：步骤 1 1:不放小球 2 2,让小球 1 1 从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的0点的距离，即线段OM OR ON11圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤 2 2:把小球 2 2 放在斜槽前端边缘位置B,让小球 1 1 从A点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次,并使用与步骤 1 1 同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤 3 3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M P、N离0点的距离，即线段OM OP ON的长度。(1)_ 对于上述实验操作，

18、下列说法正确的是。A.A. 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B.B. 斜槽轨道必须光滑C.C. 斜槽轨道末端必须水平D.D. 小球 1 1 质量应大于小球 2 2 的质量(2 2 )上述实验除需测量线段OM OP ON的长度外，还需要测量的物理量有 _。A.A.A、B两点间的高度差h1B.B.B点离地面的高度h2C.C.小球 1 1 和小球 2 2 的质量m、mD.D.小球 1 1 和小球 2 2 的半径 r r(3)(3)_ 当所测物理量满足表达式(用所测物理量的字母表示()时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。如果还满足表达式 _ (用所测物理量的字母表示)时，即说明两球碰撞是弹性碰撞

19、。(4)(4)完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图2 2 所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接。使小球1 1 仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤 1 1 和 2 2 的操作，得到两球落在斜面上的平均落点M、P、N。用刻度尺测量斜面顶点到M、P、N三点的距离分别为丨1,丨2、|3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_ (用所测物理量的字母表示)。【答案】(1 1) ACDACD ( 2 2) C C ( 3 3)mOP=mOMmON m(OP2= =m(OM2+ +m(ON2( 4 4)【解析】(1 1)为了保证每次碰撞速度相同，

20、应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下，A A 正确；小球每次从轨道上滑落过程中我们只需要得到相同的碰撞速度，实验过程中摩擦力的存在与否，对我们 研究实验没有影响，故不需要保证斜槽轨道必须光滑，B B 错误；我们研究的是水平方向上的碰撞，所以斜槽轨道末端必须水平，C C 正确；为了防止入射小球反弹，所以小球1 1 质量应大于小球 2 2 的质量，D D正确；(2)小球飞出后做平抛运动， 在水平方向上做匀速直线运动，所以不放小球2 2 时，小球 1 1 的速度13v0=平，放了小球 2 2 后，小球 1 1 的速度为w=平，小球 2 2 获得的速度为v2=平，故需要验证OP OM ONm1m1m

21、2m1OP = m1OM m2ON，说明两球碰撞遵守动量守恒定律，由功121212能关系可知，只要mv0 m1v1 m2v2成立则机械能守恒，即如果满足2 2 22 2 2 ,m1OP =mi- OM +m2- ON，则两球碰撞时无机械能损失。(4)碰撞前小球1落在團中的P点设其水平初速度 g小球1和2发生碰撞后，1的落点在團中点，设其水平初速度为叫 J 脸的落点是團中的*、,设其水平初速度为va。设斜面BC与水平可，&用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为mB的钢球B放在小支柱N上，球心离地面高度为H；质量为mA的钢球A用细线栓好悬挂于O点，当细线被拉直时O点到球心的距离为L,且细

22、线与竖直线之间夹角为a;A球由静止释放，摆到最低点时恰与B球发生正碰，碰撞后，A球继续向左摆动，细线与竖直线的最大夹角为3,B球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸D,用来记录B球的落点。(1 1 )让A球摆到最低点时恰与B球发生正碰，这是为了 _ 。(2 2)用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后A、B两球的动量(设A、B两球的碰前动量分别为PA、PB；碰后动量分别为PA、PB,贝U：PA=_ ；PA= =_ ；PB=_；PB= =_。，即mhOP二m?OM+m2ON，故需要测量两小球的质量， C C 正确;(3(3)当所测物理量满足表达式面的倾角为比，由平抛运动规律得:同理，-rco

23、s3a2sina，可题度正比于7/m只要验证脚爲羸伽爲即.cos tz2sia a15(2(2)mA2gL 1 _cos很 |m 2gL1 -cos：0 0【解析】(让4球摆到最低点时恰与B球发生正碰，这是为了使多球正碰后茯得一个水平的初速度俶平抛运动&(2)A球下落到最低点的由机械能守恒：叫或(1-cosa) =?解得最低点速度为；v = dgL(l-costr)，所以匹二叫J2或(1-cosci) ,B球初速度为07所次巧二0 $碰撞后，A球 继续向左摆动细线2竖直线的最大夹角为禺所以由机械能守恒得，碰撞后/球速度为“二(2或 1co泪),所以pJ2或(1心茹球心离地面高度为Hf碰

24、撞后， 丑球落到地面上, 所以PH 二-T77经典精做9 9 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(a 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。命16.8cm *|f- 20.0cm (b)(1(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

25、与弹射架并固定在滑块 1 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 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；【答案】(1 1 )使B球正碰后做平抛运动誓射桀啃块1渝块Z5把滑块 2 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，选出理想的纸带如图(b b)所示；8测得滑块 1 1 的质量 310310 g g,滑块 2 2 (包括橡皮泥)的质量为 205205 g g。试完善实验步骤的内容。(2)已知打点计时器每隔 0.020.02 s 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-kg

26、- m/sm/s;两滑块相互作用以后系统的总动量为 _ kgkg m/sm/s (保留三 位有效数字)。(3)_试说明(2 2)中两结果不完全相等的主要原因是 _。【答案】(1 1)接通打点计时器的电源放开滑块 1 1( 2 2) 0.6200.620 0.6180.618(3 3)纸带与打点计时器限位孔有摩擦一 一0 2【解析】作用前系统的总动量为滑块1 1 的动量po= =mvo。Vo= =2 2 m/sm/s,po=0.31=0.31x2=0.6202=0.620 kgkg m/sm/s.作0.1用后系统的总动量为滑块1 1 和滑块 2 2 的动量和，且此时两滑块具有相同的速度v,v=

27、=068=1.2=1.2 m/sm/s ,0.14p=(=(m+ +m) )v=(0.=(0. 310+0.205)310+0.205)x1.2=0.6181.2=0.618 kgkg m/sm/s。1010 两位同学用如图所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。(1)_实验中必须满足的条件是 。A.斜槽轨道尽量光滑以减小误差B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.入射球 A A 每次必须从轨道的同一位置由静止滚下D.两球的质量必须相等(2)测量所得入射球A的质量为m,被碰撞小球B的质量为m,图中17O点是小球抛出点在水平地面 上的垂直投影，实验时，先让入射球A从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置P,测得平抛射程为0P再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，与小球B相撞，分别找到球A和球B相撞后的平均落点M