2023版高考物理一轮复习第11章动量守恒定律实验12验证动量守恒定律模拟新人教版选修3-5

PAGEPAGE2实验12验证动量守恒定律1．(2022·湖南益阳模拟)(1)利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量〞这一实验。实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，假设要求碰撞时动能损失最大应选下列图中的__乙__(填“甲〞或“乙〞)，假设要求碰撞动能损失最小那么应选下列图中的__甲__(填“甲〞或“乙〞)。(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)eq\x(导学号51343576)(2)某次实验时碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如下图，相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0～80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10cm处。假设A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，那么可知碰撞发生在第1次闪光后的__2.5T__时刻，A、B两滑块质量比mA∶mB＝__2∶3__。[解析](1)假设要求碰撞时动能损失最大，那么需两物体碰撞后结合在一起，故应选图中的乙；假设要求碰撞时动能损失最小，那么应使两物体发生完全弹性碰撞，即选图中的甲。(2)由图可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝10cm处，第二次A在x＝30cm处，第三次A在x＝50cm处，碰撞在x＝60cm处。从第三次闪光到碰撞的时间为eq\f(T,2)，那么可知碰撞发生在第1次闪光后的2.5T时刻。设碰前A的速度为v，那么碰后A的速度为eq\f(v,2)，B的速度为v，根据动量守恒定律可得mAv＝－mA·eq\f(v,2)＋mB·v，解得eq\f(mA,mB)＝eq\f(2,3)。2．(2022·黑龙江哈师大附中检测)如下图，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局部碰撞前后的动量关系。eq\x(导学号51343231)(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__C__(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A．小球开始释放高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程(2)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m1屡次从斜轨上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静置于轨道的水平局部，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并屡次重复。接下来要完成的必要步骤是__A、D、E或D、A、E__(填选项前的符号)A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(3)经测定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地点的平均位置距O点的距离如下图。碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，那么p1∶p1′＝__14__∶11；假设碰撞结束时m2的动量为p2′，那么p1′∶p2′＝11∶__2.9__。实验结果说明，碰撞前、后总动量的比值eq\f(p1,p1′＋p2′)为__1.01__(此问结果保存三位有效数字)[解析](1)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出的高度相同，故它们在空中的运动时间t相等，水平位移x＝v0t，即水平位移与初速度成正比，故实验中不需要测量时间，也就不需要测量桌面度H，只需要测量小球做平抛运动的射程，选项C正确。(2)小球离开轨道后做平抛运动，小球抛出点的高度相同，故它们在空中的运动时间t相等，水平位移x＝v0t，知v0＝eq\f(\x\to(OP),t)，v1＝eq\f(\x\to(OM),t)，v2＝eq\f(\x\to(ON),t)，由动量守恒定律知m1v0＝m1v1＋m2v2，将速度表达式代入得m1eq\f(\x\to(OP),t)＝m1eq\f(\x\to(OM),t)＋m2eq\f(\x\to(ON),t)，解得m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)，故要完成的必要步骤是A、D、E或D、A、E。(3)碰撞前、后m1的动量分别为p1与p1′，由题意知p1＝m1v0＝m1eq\f(\x\to(OP),t)，p1′＝m1v1＝m1eq\f(\x\to(OM),t)，故p1∶p1′＝eq\x\to(OP)∶eq\x\to(OM)＝44.80∶35.20＝14∶11；假设碰撞结束时m2的动量为p2′，p2′＝m2v2＝m2eq\f(\x\to(ON),t)，故p1′∶p2′＝m1·eq\x\to(OM)∶m2·eq\x\to(ON)＝11∶2.9，碰撞前、后总动量的比值eq\f(p,p1′＋p2′)＝eq\f(m1\x\to(OP),m1\x\to(OM)＋m2\x\to(ON))＝1.01。3．(2022·浙江宁波期末)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。eq\x(导学号51343232)(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和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__接通打点计时器的电源__，然后__放开滑块1__，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)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__0.620__kg·m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为__0.618__kg·m/s(保存三位有效数字)。(3)试说明(2)中两结果不完全相等的主要原因是__纸带与打点计时器限位孔有摩擦__。[解析](1)实验时应先接通打点计时器的电源，再放开滑块。(2)作用前系统的总动量为滑块1的动量p0＝m1v0，v0＝eq\f(0.2,0.1)m/s＝2m/s，p0＝0.310×2kg·m/s＝0.620kg·m