验证动量守恒定律实验测试题及解析

验证动量守恒定律实验测试题及解析1.如图(a)所示，冲击摆是一个用细线悬挂着的摆块，弹丸击中摆块时陷入摆块内，使摆块摆至某一高度，利用这种装置可以测出弹丸的发射速度。图(a) 图(b)实验步骤如下：用天平测出弹丸的质量m和摆块的质量M；将实验装置水平放在桌子上，调节摆绳的长度，使弹丸恰好能射入摆块内，并使摆块摆动平稳，同时用刻度尺测出摆长；让摆块静止在平衡位置，扳动弹簧枪的扳机，把弹丸射入摆块内，摆块和弹丸推动指针一起摆动,记下指针的最大偏角；多次重复步骤③，记录指针最大偏角的平均值；换不同挡位测量，并将结果填入下表。挡位平均最大偏角e/度弹丸质量m/kg摆块质量M/kg摆长l/m弹丸的速度v/m・s~1低速挡15.70.007650.07890.2705.03中速挡19.10.007650.07890.2706.77高速挡0.007650.07890.2707.15完成下列填空：现测得高速挡指针最大偏角如图⑹所示，请将表中数据补充完整：e= 。用上述测量的物理量表示发射弹丸的速度v= 。(已知重力加速度为g)为减小实验误差，每次实验前，并不是将指针置于竖直方向的零刻度处，常常需要试射并记下各挡对应的最大指针偏角，每次正式射击前，应预置指针，使其偏角略小于该挡的最大偏角。请写出这样做的一个理由： 解析：(1)分度值为1°故读数为22.4(22.1〜22.7均正确)。弹丸射入摆块内，系统动量守恒：mv=(m+M)vz摆块向上摆动，由机械能守恒定律得：2(m+M)v‘2=(m+M)gl(l—cos0),联立解得：v=―m―2gl(1—cos0)o较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能(其他理由，如“摆块在推动指针偏转时要克服摩擦力做功”、“指针摆动较长的距离损失的机械能较多”等，只要合理即可)。答案：(1)22.4(22.1〜22.7均正确)m+M■—⑵-m 2g/(1—cos0(3)较大的速度碰撞指针，会损失较多的机械能E2•“枪支比动能e0”是反映枪支威力的一个参数，已知e0=_S°，式中E0是子弹离开枪口时的动能，S是子弹的横截面积(若子弹是球形，则S是过球心的截面圆面积)°“J2136冲击摆实验器”是物理实验中的实验器材，可以用来测量弹簧枪的比动能e0，如图甲所示，左侧是可以发射球形子弹的弹簧枪，中间立柱上悬挂小摆块，摆块一般用塑料制成，正对枪口处有一水平方向的锥形孔(使弹丸容易射入并与摆块结合为一体)。摆块摆动的最大角0可由刻度盘读出。(重力加速度大小为g)TOC\o"1-5"\h\zC1 2 3厂-\4 5 6‘1111111111111I11Ii1111111111111irii1111ni11111111111I1111111II

1111111ill|illi]1111]il11|11IHi[I11111111111111111\o"CurrentDocument"0 12 3d 7B9 0乙用游标卡尺测量子弹直径，测量结果如图乙所示，子弹的直径d= mm。实验开始之前，必须测量的物理量为子弹直径d以及 和 。(写出物理量及其表示字母)实验步骤如下：将冲击摆实验器放在桌上，调节底座上的调平螺丝，使底座水平；再调节支架上端的调节螺丝，改变悬线的长度，使摆块的孔洞跟枪口正对，并且使摆块右侧与0刻度对齐；此时用刻度尺测量出摆长L扣动弹簧枪扳机，打出子弹，记录下摆块的最大摆角；多次重复实验，计算出摆块最大摆角的平均值0；处理实验数据，得出实验结论。子弹的发射速度为v0= ，弹簧枪的比动能为e0= 。(用已知量和测量量的字母表

示)由于存在系统误差，使得测量值 理论值。(选填“大于”“小于”或“等于”)解析：(1)主尺读数为1.0cm,游标读数为0.02X26=0.52mm,所以最终读数为10mm+0.52mm=10.52mm；(2)本实验中要确定子弹的动能，所以在实验前应先测量出子弹的质量m和摆块的质量M;根据机械能守恒定律可知,(m+M)gL(1—cos0)=2(M+m)V2根据动量守恒定律可知：mv0=(M+m)v,联立解得：子弹的速度为：=("根据动量守恒定律可知：mv0=(M+m)v,根据比动能的定义式可知:e0=ES0，E0=2mv02,截面积S=fnd2,解得比动能e0= —皿由于摆块在运动中存在空气阻力做功,因此求出的子弹的速度偏小,故测量值一定小于真实值。答案：(1)10.52(2)子弹质量m摆块质量M(m(m+M).⑷」m 2gL(1-cos04(M+m)2gL(1—cos0nmd2(5)小于3．某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来“验证动量守恒定律”，在气垫导轨右端固定一弹簧，滑块b的右端有强粘性的胶水。图中滑块a和挡光片的总质量为m]=0.620kg,滑块b的质量为m2=0.410kg，实验步骤如下：按图安装好实验器材后，接通气源，先将滑块a置于气垫导轨上，然后调节底脚螺丝，直到轻推滑块后，滑块上的挡光片通过两个光电门的时间 ；将滑块b置于两光电门之间，将滑块a置于光电门1的右端，然后将滑块a水平压缩弹簧，滑块a在弹簧的作用下向左弹射出去，通过光电门1后继续向左滑动并与滑块b发生碰撞；两滑块碰撞后粘合在一起向左运动，并通过光电门2；实验后，分别记录下滑块a挡光片通过光电门1的时间々，两滑块一起运动挡光片通过光电门2的时间t2的时间t2。(1)完成实验步骤①中所缺少的内容。实验前用一游标卡尺测得挡光片的宽度d如图乙所示，则d= cm。设挡光片通过光电门的时间为At,则滑块通过光电门的速度可表示为v= (用d、At表示)。实验中测得滑块a经过光电门1的速度为v1=2.00m/s,两滑块经过光电门2的速度为v2=1.20m/s,将两滑块和挡光片看成一个系统，则系统在两滑块相互作用前、后的总动量分别为p1= kg・m/s,p2= kg・m/s(结果均保留3位小数)。解析：(1)在步骤①中气垫导轨安装时应保持水平状态，滑块在轨道上应做匀速直线运动，故滑块上的挡光片通过两光电门的时间相等。游标卡尺的主尺读数为15mm,游标尺读数为0.05X10mm=0.50mm,所以挡光片的宽度为d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm。由于挡光片的宽度比较小，故挡光片通过光电门的时间比较短，因此可将挡光片通过光电门的平d均速度看成滑块通过光电门的瞬时速度，故滑块通过光电门的速度可表示为v=At°(4)两滑块相互作用前系统的总动量为p1=m1v1=0.620X2.00kg・m/s=1.240kg・m/s。两滑块相互作用后系统的总动量为p2=(m1+m2)v2=(0.620+0.410)X1.20kg・m/s=1.236kg・m/s。答案：(1)相等⑵1.550⑶£(4)1.2401.2364．为了验证动量守恒定律(探究碰撞中的不变量)，某同学选取了两个材质相同、体积不等的立方体滑块A和B按下述步骤进行实验：步骤1：在A、B的相撞面分别装上尼龙拉扣，以便二者相撞以后能够立刻结为整体；步骤2：安装好实验装置如图甲，铝质轨道槽的左端是倾斜槽，右端是长直水平槽，倾斜槽和水平槽由一小段弧连接，轨道槽被固定在水平桌面上，在轨道槽的侧面与轨道等高且适当远处装一台数码频闪照相机；步骤3：让滑块B静置于水平槽的某处，滑块A从斜槽某处由静止释放，同时开始频闪拍摄，直到A、B停止运动，得到一幅多次曝光的数码照片；步骤4：多次重复步骤3，得到多幅照片，挑出其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示。甲乙ii|iiii|iiiniiinii|iiriii|iriiiiii|ii^|iii|iiiini|i乙ii|iiii|iiiniiinii|iiriii|iriiiiii|ii^|iii|iiiini|i|'i乡Ocml2345678910111213141516171819201由图分析可知，滑块A与滑块B碰撞发生的位置在 ①P5、P6之间②P6处③P6、P7之间为了探究碰撞中动量是否守恒，需要直接测量或读取的物理量是 。A、B两个滑块的质量m1和m2滑块A释放时距桌面的高度频闪照相的周期照片尺寸和实际尺寸的比例照片上测得的s45、s56和s67、s78照片上测得的s34、s45、s56和s67、s78、s89滑块与桌面间的动摩擦因数写出验证动量守恒的表达式 。(3)请你写出一条有利于提高实验准确度或改进实验原理的建议： 。解析：(1)由题图可知碰撞位置发生在P5、P6之间或P6处，又由于P6位置滑块速度明显减小，故A、B相撞的位置在P6处，故②正确。设碰撞前滑块A在P4、P5、P6的速度分别为e4、冬、％，碰撞后，整体在P6、P7、P8的速度分别s＋s s＋s v＋v 2s＋s－s为吋、v7、v8,则v4^342T45，v5=警产，又v5=r 6,解得碰撞前滑块A速度v6= 2^ 34,2s＋s－s同理，碰撞后整体的速度v6'=~67~2T ，需要验证的方程为m1v6=(m1+m2)v6'，将以上两式代入整理得m1(2s56+s45—s34)=(m1+m2)(2s67+s78—s89)，故需要直接测量的物理量是A、B两个滑块的质量m1和m2及s34、S45、s56和s67、s78、s89，故①、⑥正确。提高实验准确度或改进实验原理的建议：使用更平整的轨道槽，轨道要平整，防止各段摩擦力不同，滑块做非匀变速运动。在足够成像的前提下，缩短频闪照相每次曝光的时间，碰撞时间很短，缩短频闪照相每次曝光的时间，使滑块碰撞位置拍摄更清晰、准确。适当增大相机和轨道槽的距离，相机和轨道槽的距离较小时，由于镜头拍摄引起的距离误差增大,应适当增大相机和轨道槽的距离。将轨道的一端垫起少许，平衡摩擦力，使得滑块碰撞前后都做匀速运动。答案：⑴②①⑥m1(2s56+S45_S34)=(m1+m2)(2S67+S78_S89)见解析(任意一条即可)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)。

采用的实验步骤如下：用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB。调整气垫导轨，使导轨处于水平。在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。用刻度尺测出A的左端至C板的距离L］。按下电钮放开卡销，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。实验中还应测量的物理量是 利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式 ，式子中算得的A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是 利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式：解析：(1)验证动量守恒，需要知道物体的运动速度，在已经知道运动时间的前提下，需要测量运动物体的位移，即需要测量的量是B的右端至D板的距离L2。(2)由于运动前两物体是静止的，故总动量为零，运动后两物体是向相反方向运动的，设向左运动为正，则有m.v.~muvu=0,即m.~i—mJ~^=0o造成误差的原因：一是测量本身就存在误差，如测量质量、AABB At1 Bt2时间、距离等存在误差；二是空气阻力或者是导轨不是水平的等。(3)根据能量守恒知，(3)根据能量守恒知，两运动物体获得的动能就是弹簧的弹性势能。-mL=0Bt2答案：(1)B-mL=0Bt2原因见解析⑶能，Ep=2(mA^+叫芝6.—同学采用如图a所示的实验装置，设计了“验证动量守恒定律”的实验。实验装置中的斜面和水平面之间用很短的平滑曲面连接，物块通过平滑曲面时速度大小不变。实验步骤主要包括：选取两块表面粗糙程度相同的物块A、B。将两个粘扣分别钉到两物块的侧面上，使两物块相碰时能粘合在一起。让物块A从斜面上某一位置O处由静止开始滑下，记下物块A在水平面上停下的位置P(多次滑下以准确确定位置P),如图b所示。在靠近斜面底端处放物块B,并使带有粘扣的一侧朝左，标出此时B所处位置M,如图c所示，让物块A从同一位置O处由静止开始滑下，A、B碰撞后粘合在一起，标出停止时两物块的位置N如图c所示。用刻度尺测MP、MN的长度s1和s2，用天平测出A、B的质量mA、mB。只要mA、mB、s「s2之间满足关系 ，就可以认为碰撞瞬间A、B系统的总动量保持不变。为了增大碰前物块A的速度，可采取的措施有：① ；② 。解析：(1)设碰前物块A的速度大小为q,碰后瞬间物块A、B的共同速度为e2，对未放物块B时物块A从M运动到P的过程，由动能定理得—ymAg・S]=—gmAVF，解得v1=$2〃gs1,对碰撞后A、B一起从M运动到N的过程，由动能定理可得—w(mA+