2024-2025学年高二物理选择性必修第一册（配鲁科版）分层作业6 科学验证 动量守恒定律

01

分层作业6科学验证:动量守恒定律A组必备知识基础练1.(多选)在利用斜槽验证碰撞中的动量守恒实验时,实验条件是()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.入射球每一次都要从同一高度由静止滚下D.碰撞的瞬间,入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行2.(多选)在利用气垫导轨验证碰撞中的动量守恒的实验中,哪些因素可导致实验误差()A.导轨安放不水平B.小车上挡光板倾斜C.两小车质量不相等D.两小车碰后连在一起3.某同学把两块大小不同的木块用细线连接,中间夹一个被压缩的弹簧,如图所示,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,验证物体间相互作用时动量守恒。(1)该同学还必须有的器材是、。

(2)需要直接测量的数据是

。

(3)用所得数据验证守恒量的关系式为。

4.某同学做验证碰撞中的动量守恒的实验。竖直平面内固定一段弧形轨道,其下端与水平桌面相切。先将质量为m1的小滑块A从弧形轨道上某一点无初速度释放,测出小滑块A在水平桌面上滑行的距离x1(如图甲),然后将另一质量为m2的小滑块B放在弧形轨道的最低点,再将小滑块A从弧形轨道上某一点无初速度释放,A与B碰撞后,测出A沿桌面滑动的距离x2和B沿桌面滑动的距离x3(如图乙),以上数据均需测量。已知滑块A和B的大小形状相同,回答下列问题:(1)下列选项中,符合本实验要求的是。

A.所用弧形轨道必须是光滑的B.A的质量小于B的质量C.A的质量大于B的质量D.两次实验必须从弧形轨道上同一点无初速度释放滑块A(2)本实验除了图上装置,还需要的测量工具有(填两个)。

(3)若下列关系式成立,则可验证A、B组成的系统在碰撞过程中动量守恒。

A.m1x1=m1x2+m2x3B.m1x3=m1x1+m2x2C.m1x1=m1x2+mD.m1x3=m1x1+m5.利用如图所示的装置可以验证两球碰撞中动量守恒。若绳长为L,球A、B的质量分别为mA、mB,球A、B分别由偏角α和β静止释放,若碰撞后都向右运动,最大偏角分别为α'和β',则验证动量守恒的表达式为

。

B组关键能力提升练6.在利用斜槽装置验证动量守恒定律的实验中,入射小球m1=15g,原来静止的被碰小球m2=10g。由实验测得它们在碰撞前后的x-t图像如图所示,由图可知,入射小球碰撞前的m1v1=,入射小球碰撞后的m1v1'=,被碰小球碰撞后的m2v2'=。由此得出结论

。

7.在如图所示的装置中,质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,质量为mB的钢球B放在离地面高度为h的小支柱N上。O点到A球球心的距离为l。使悬线在A球释放前伸直,且线与竖直线的夹角为α,A球释放后摆动到最低点时恰与B球相碰,碰撞后,A球把轻质指示针OC推移到与竖直线的夹角为β处,B球落到地面上,地面上铺一张盖有复写纸的白纸D。保持α角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录到多个B球的落点。(1)图中x应是B球初始位置到的水平距离。

(2)为了探究碰撞中的不变量,应测得物理量(用字母表示)。

(3)用测得的物理量表示:mAvA=;mAvA'=;mBvB'=。

8.用如图甲所示装置做“验证动量守恒定律”实验,研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。实验时先调节轨道使末端水平,让入射小球多次从斜槽上位置S由静止释放,通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P,测出平抛射程LOP。然后,把半径相同的被碰小球静置于轨道末端,仍将入射小球从S处由静止释放,与被碰小球发生正碰,多次重复该操作,确定出两小球平均落地点位置分别为M、N后,测量出两落地点到O的距离LOM、LON,再测出入射小球和被碰小球的质量m1、m2。甲(1)本实验中,入射小球m1与被碰小球m2质量大小需要符合的条件;

(2)在实验误差允许的范围内,若满足关系式(用所给物理量的字母表示),则可以认为两球碰撞前后的动量守恒;

(3)实验小组换用多个半径相同、质量不同的被碰小球重复上述实验,分别测量出被碰小球质量m2以及对应的LOM、LON值,根据测量数据描点作出如图乙所示图像为一直线,该图像纵坐标为LOM,则横坐标为;

乙A.m2 B.LONC.LONm2 D.m2(4)研究(3)中所得图像,斜率绝对值为k,纵坐标截距为a,若k、a须分别满足,则表明上述每组小球正碰时动量均守恒。

9.某同学现用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置来做验证动量守恒定律的实验,在气垫导轨右端固定一弹簧,滑块b的右端有胶水。图甲中滑块a和挡光片的总质量为m1=0.620kg,滑块b的质量为m2=0.410kg,实验步骤如下:①按图甲安装好实验器材后,接通气源,先将滑块a置于气垫导轨上,调节气垫导轨,直到轻推滑块a后,滑块a上的挡光片通过两个光电门的时间;

②将滑块b置于两光电门之间,将滑块a置于光电门1的右侧,滑块a水平压缩弹簧,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;③两滑块碰撞后粘在一起向左运动,并通过光电门2;④实验后,分别记录下滑块a上挡光片通过光电门1的时间t1,两滑块一起运动时挡光片通过光电门2的时间t2。甲乙(1)完成实验步骤①中所缺少的内容。(2)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。

(3)设挡光片通过光电门的时间为Δt,则滑块通过光电门的速度可表示为v=(用d、Δt表示)。

(4)实验中测得滑块a经过光电门1的速度v1=2.00m/s,两滑块经过光电门2的速度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)

10.(2024广东深圳高二期末)某同学利用如图甲所示装置验证碰撞过程中的动量守恒。一圆弧面和水平面在A点平滑连接,水平面上涂有润滑剂。在A、B两点处各安装一个光电门。现将质量为m2的滑块Q(含遮光条)静置于A、B之间,将质量为m1的滑块P(含遮光条)从圆弧面上某点释放,此后A点处光电门记录一个挡光时间Δt1,B点处光电门先后记录两个挡光时间,依次为Δt2和Δt3,遮光条的宽度均为d。(1)遮光条的宽度可利用游标卡尺测出,测量如图乙所示,遮光条的宽度为mm;

(2)是否要求滑块P必须从静止释放?(选填“是”或“否”);

(3)滑块Q通过光电门的速度可表示为(用题中所给物理量字母表示);

(4)若两滑块碰撞瞬间满足动量守恒,则满足的关系式为。(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示)

11.在验证动量守恒定律的实验中,某同学用如图所示的装置进行如下的实验操作:①先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于槽口处。使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹O;②将木板向远离槽口方向平移一段距离,再使小球a从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板上得到痕迹B;③然后把半径相同的小球b静止放在斜槽水平末端,小球a仍从原来挡板处由静止释放,与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C;④用天平测量a、b的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量纸上O点到A、B、C三点的竖直距离分别为y1、y2、y3。(1)小球a与小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C,其中小球a撞在木板上的(选填“A”或“C”)点。

(2)用本实验中所测量的量来验证两球碰撞过程动量守恒,其表达式为(仅用ma、mb、y1、y2、y3表示)。

参考答案分层作业6科学验证:动量守恒定律1.BCD利用斜槽验证碰撞中的动量守恒实验,要求入射小球每次到槽口时,具有相同的速度,所以应从槽上同一位置滚下,但斜槽不需要光滑,选项A错误,选项C正确;由于碰撞前、后要求小球均做平抛运动,且抛物线在同一平面,选项B、D正确。只有满足实验所必需的条件,所做实验才能达到预期目的。2.AB导轨不水平,小车速度将会受重力影响,选项A正确;挡光板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段小车通过的位移,导致速度计算出现误差,选项B正确;本实验要求两小车碰后连在一起,不要求两小车质量相等。3.解析两木块弹开后各自做平抛运动,根据平抛运动知识可知两木块在空中运动的时间相等。所需验证的表达式为m1v1=m2v2,两侧都乘以时间t,有m1v1t=m2v2t,即m1x1=m2x2。答案(1)刻度尺天平(2)两木块的质量m1、m2,两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2(3)m1x1=m2x24.解析(1)只要使A从同一位置由静止释放,不论弧形轨道是否光滑,A到达水平面时的速度都相等,实验中所用弧形轨道不必是光滑的,但必须从同一位置释放,故A错误,D正确;若A的质量小于B的质量,则碰后A反弹,若A的质量等于B的质量,则碰后A静止,所以A的质量要大于B的质量,让实验过程简化,故B错误,C正确。(2)因实验验证动量守恒定律,需要测量位移求解速度,因两滑块质量不同还需测量两滑块的质量,故还需要的测量工具有刻度尺和天平。(3)不放B时,A在水平面运动过程,由动能定理得-μm1gx1=0-12m1v12,解得v1=2μgx1,碰撞后,设A碰撞后速度为v1',A在水平面运动过程中,由动能定理得-μm1gx2=0-12m1v1'2,解得v1'=2μgx2,设B碰撞后的速度为v2',碰后滑行过程中,由动能定理得-μm2gx3=0-12m2v2'2,解得v2'=2μgx3答案(1)CD(2)刻度尺和天平(3)C5.解析小球从静止释放运动到最低点的过程中,机械能守恒,对于球A有mAgL(1-cosα)=12mvA2,所以vA=2gL(1-cosα),同理可得vB=-2gL(1-cosmA2gL(1=mA2gL(1-答案mA2gL(1-cosα)-mB6.解析由题图可知碰撞前m1的速度大小v1=0.20.2故碰撞前m1v1=0.015×1kg·m/s=0.015kg·m/s。碰撞后m1速度大小v1'=0.3-0.20.m2的速度大小v2'=0.35-0.20.4故m1v1'=0.015×0.5kg·m/s=0.0075kg·m/s,m2v2'=0.01×0.75kg·m/s=0.0075kg·m/s,可知m1v1=m1v1'+m2v2'。答案0.015kg·m/s0.0075kg·m/s0.0075kg·m/s碰撞前后两球总动量不变7.解析小球A在碰撞前后摆动,满足机械能守恒。小球B在碰撞后做平抛运动,则x应为B球的平均落点到初始位置的水平距离。要得到碰撞前后的mv,需测量mA、mB、α、β、l、h、x等,对A,由机械能守恒得mAgl(1-cosα)=12mAv则mAvA=mA2gl碰后对A,有mAgl(1-cosβ)=12mAvA'2则mAvA'=mA2gl碰后B做平抛运动,有x=vB't,h=12gt2,所以mBvB'=mBxg答案(1)B球平均落点(2)mA、mB、α、β、l、h、x(3)mA2gl(1-cosα)m8.解析(1)入射小球质量必须大于被碰小球质量,即m1>m2,以免碰撞后弹回,导致再次从轨道射出时速度与碰后速度不一致。(2)根据动量守恒定律有m1v0=m1v1+m2v2,抛出后各自做平抛运动,有水平方向x=vt,竖直方向H=12gt2,联立代入射程得m1LOP=m1LOM+m2LON(3)该图像纵坐标为LOM,根据m1LOP=m1LOM+m2LON,整理得LOM=m1LOP-m2LONm1=LOP-1m1·(m2·(4)由上述可知,斜率绝对值为k=1m1,a=L答案(1)m1>m2(2)m1LOP=m1LOM+m2LON(3)D(4)k=1m1,9.解析(1)在步骤①中,气垫导轨安装时应保持水平状态,滑块a在气垫导轨上做匀速直线运动,故滑块a上的挡光片通过两光电门的时间相等。(2)游标卡尺的主尺读数为15mm,游标尺读数为0.05×10mm=0.50mm,所以挡光片的宽度d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm。(3)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=dΔ(4)两滑块相互作用前系统的总动量为p1=m1v1=0.620×2.00kg·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)×1.20kg·m/s=1.236kg·m/s。答案(1)相等(2)1.550(3)dΔt(4)1.240110.解析(1)该游标卡尺的读数为(4+7×0.05)mm=4.35mm;(2)不管滑块P从圆弧面上怎样释放都可以用光电门A测