2024-2025学年高二物理选择性必修第一册（配粤教版）分层作业4 动量守恒定律的验证

分层作业4动量守恒定律的验证A组必备知识基础练1.某同学用如图甲所示装置验证动量守恒定律.主要实验步骤如下:甲①将斜槽固定在水平桌面上,调整末端切线水平;②将白纸固定在水平地面上,白纸上面放上复写纸;③用重垂线确定斜槽末端在水平地面上的投影点O;④让小球A紧贴定位卡由静止释放,记录小球的落地点,重复多次,确定落点的中心位置Q;⑤将小球B放在斜槽末端,让小球A紧贴定位卡由静止释放,记录两小球的落地点,重复多次,确定A、B两小球落点的中心位置P、R;⑥用刻度尺测量P、Q、R距O点的距离s1、s2、s3;⑦用天平测量小球A、B质量m1、m2;⑧分析数据,验证等式m1s2=m1s1+m2s3是否成立,从而验证动量守恒定律.请回答下列问题:(1)步骤⑤与步骤④中定位卡的位置应;

(2)图乙是步骤⑥的示意图.该同学为完成步骤⑧设计了下列表格,并进行了部分填写,请将其补充完整.乙物理量碰前碰后m/gm1=17.0m1=17.0,m2=5.8s/cms2=54.35s1=,s3=79.75

ms/(g·cm)m1s2=923.95m1s1+m2s3=

2.如图甲所示,在做验证动量守恒定律的实验时,小车M的前端粘有橡皮泥,推动小车M使之运动,与原来静止在前方的小车N相碰并粘合成一体后,继续向前运动,在小车M后连着纸带,打点计时器电源频率为50Hz,长木板右端下面垫放小木片以平衡摩擦力.甲乙(1)获得的纸带如图乙所示,测出的各计数点间距已标在图上.A为运动起始的第一点,则应选段来计算小车M的碰前速度,应选段来计算小车M和小车N碰后的共同速度.(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车M的质量mM=0.30kg,小车N的质量为mN=0.20kg,由以上测量结果可得碰前系统总动量为kg·m/s,碰后系统总动量为kg·m/s.

(3)实验结论:在误差允许的范围内,小车M、N组成的系统碰撞前后总动量(选填“守恒”或“不守恒”).

3.(2024广东广州模拟)验证动量守恒定律的装置如图甲所示,气垫导轨上安装了1、2两个光电门,两滑块上均固定一相同的竖直遮光条.甲(1)用游标卡尺测得遮光条的宽度如图乙所示,其读数为cm;

乙(2)实验前,接通气源后,在导轨上轻放一个滑块,给滑块一初速度,使它从轨道左端向右运动,发现滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间.为使导轨水平,可调节Q使轨道右端(选填“升高”或“降低”)一些;

(3)调整导轨水平后,测出滑块A和遮光条的总质量为m1,滑块B和遮光条的总质量为m2.将滑块A静置于两光电门之间,将滑块B静置于光电门2右侧,推动B,使其获得水平向左的速度,经过光电门2并与A发生碰撞且被弹回,再次经过光电门2.光电门2先后记录的挡光时间为Δt1、Δt2,光电门1记录的挡光时间为Δt3,遮光条的宽度为d.则滑块A通过光电门1的速度大小为.小明想用上述物理量验证该碰撞过程动量守恒,则他要验证的关系式是.

4.如图所示为“验证动量守恒定律”的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2;②安装实验装置,将斜槽AB固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面BC连接在斜槽末端;③先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置P;④将小球m2放在斜槽末端B处,仍让小球m1从斜槽顶端A处由静止释放,两球发生碰撞,分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置;⑤用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端B的距离.图中M、P、N点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从M、P、N到B点的距离分别为sM、sP、sN.依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)BC斜面的倾角(选填“需要”或“不需要”)测出;

(2)用实验中测得的数据来表示,只要满足关系式,就能说明两球碰撞前后动量是守恒的;

(3)某同学想用上述数据来验证碰撞前后机械能是否守恒,写出需要验证的关系式:.

5.某实验小组做“验证动量守恒定律”实验的装置如图所示,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,使小球1与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球2发生对心碰撞,碰后小球1继续向左摆动到B点,小球2做平抛运动落到c点.又测得A点离水平桌面的距离为a,B点离水平桌面的距离为b,立柱离水平桌面的距离为h,已知弹性小球1的质量m1.(1)为完成实验,还需要测量的物理量有、、.(说明表示相应物理量的字母)

(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).

B组关键能力提升练6.(2024广东梅州高二校考阶段练习)在“探究碰撞中的不变量”实验中,通过碰撞后做平抛运动测量速度的方法来进行实验,实验装置如图所示.(1)实验中两个小球的质量大小关系是m1(选填“大于”或“等于”)m2.

(2)在不放小球m2时,小球m1从斜槽某处由静止开始滚下,m1的落点在图中的点,把小球m2放在斜槽末端边缘处,小球m1从斜槽相同位置处由静止开始滚下,使它们发生碰撞,碰后小球m1的落点在图中的点.

(3)关于本实验,下列说法正确的是(填字母代号).

A.斜槽必须足够光滑且安装时末端必须保持水平B.小球每次都必须从斜槽上的同一位置静止释放C.必须测量出斜槽末端到水平地面的高度D.实验中需要用到秒表测量小球空中飞行的时间(4)用刻度尺测量M、P、N距O点的距离依次为x1、x2、x3,通过验证等式是否成立,从而验证动量守恒定律(填字母代号).

A.m2x2=m2x1+m1x3B.m1x1=m2x2+m3x3C.m1x2=m1x1+m2x3D.m2x1=m2x2+m1x37.(2024广东广州高二月考)某实验小组采用如图所示的实验装置做“验证动量守恒定律”实验.在水平桌面上放置气垫导轨,导轨上安装光电计时器1和光电计时器2,带有遮光片的滑块A、B的质量分别为mA、mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过程如下:①调节气垫导轨成水平状态;②轻推滑块A,测得滑块A通过光电计时器1的遮光时间为t1;③滑块A与滑块B相碰后,滑块B和滑块A先后经过光电计时器2的遮光时间分别为t2和t3.(1)实验中为确保两滑块碰撞后滑块A不反向运动,则mA(选填“大于”“等于”或“小于”)mB.

(2)碰前滑块A的速度大小为.

(3)利用题中所给物理量的符号表示动量守恒定律成立的公式为.8.在“验证动量守恒定律”实验中,实验装置如图所示,按照以下步骤进行操作:①在平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于紧靠槽口处,将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放,撞到木板上并在白纸上留下痕迹O;②将木板水平向右移动一定距离并固定,再将小球a从固定点处由静止释放,撞到木板上得到痕迹B;③把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球a仍从固定点处由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹A和C.(1)下列措施可减小实验误差的是.

A.斜槽轨道必须是光滑的B.每次实验均重复几次后,再记录平均落点C.a球和b球的半径和质量满足ra=rb和ma<mb(2)为完成本实验,必须测量的物理量有.

A.a球开始释放的高度hB.木板水平向右移动的距离LC.a球和b球的质量ma、mbD.O点到A、B、C三点的距离y1、y2、y3(3)只要验证等式成立,即表示碰撞中动量守恒[用(2)中测量的物理量表示].

9.某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车M的前端粘有橡皮泥,推动小车M使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车N相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动.他设计的装置如图甲所示,在小车M后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以补偿摩擦力.(1)若已测得打点纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上).A为运动的起点,则应选(选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)段来计算小车M碰前的速度.

(2)已测得小车M的质量m1=0.2kg,小车N的质量为m2=0.1kg,则碰前两小车的总动量为kg·m/s,碰后两小车的总动量为kg·m/s.

答案：1.答案(1)保持不变(2)26.50913.05解析(1)为使入射球到达斜槽末端时的速度相等,应从同一位置由静止释放入射球,即步骤⑤与步骤④中定位卡的位置应保持不变.(2)由图乙所示刻度尺可知,其分度值为1mm,则s1=26.50cm,由表中实验数据可知m1s1+m2s3=17.0×26.50g·cm+5.8×79.75g·cm=913.05g·cm.2.答案(1)BCDE(2)1.0351.03(3)守恒解析(1)车由静止开始运动,故小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,故BC段为匀速运动的阶段,故选BC段计算碰前的速度.碰撞过程是一个变速运动的过程,而小车M和小车N碰后共同运动时做匀速直线运动,在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后的共同速度.(2)系统的动量即碰前小车M的动量p1=mMv0=0.30×0.34505×0.02kg·碰后的总动量p2=(mM+mN)v2=0.50×0.20605×0.02kg·m/s(3)在误差允许的范围内,小车M、N组成的系统碰撞前后总动量守恒.3.答案(1)1.345(2)降低(3)d解析(1)图中游标卡尺读数为1.3cm+9×0.05mm=1.345cm.(2)滑块通过光电门1的时间小于通过光电门2的时间,说明滑块从光电门1到光电门2为减速运动,则右端较高,因此可调节Q使轨道右端降低.(3)滑块A通过光电门1的速度大小v3=d若碰撞过程中动量守恒,取水平向左为正方向,根据公式有m2v1=m1v3-m2v2m2d1Δt1=m1整理得m24.答案(1)不需要(2)m1sP=m1sM+m(3)m1sP=m1sM+m2sN解析(1)m1>m2,两球碰撞后,m2的速度比m1自由滚下时的速度大,m1的速度减小,因此m1落到M点,而m2落到N点.设斜面倾角为θ,物体落到斜面上距离抛出点s时,根据平抛运动规律有ssinθ=12gt2,scosθ=vt,整理得v=sg碰撞过程中满足动量守恒m1v0=m1v1+m2v2②小球都做平抛运动,由①式结论可得v0=sPgcos2θ2sinθ,v代入②式整理得m1sP=m1sM+m2sN,(2)由(1)的分析可知,只要满足关系式m1sP=m1sM+m2就能说明两球碰撞前后动量是守恒的.(3)若机械能守恒,则满足12m1v02=12m将速度表达式代入可得m1sP=m1sM+m2sN.5.答案(1)弹性球2的质量m2C点与桌子边沿间的水平距离C桌面离水平地面的高度H(2)2m1a-h=2m1b-解析(1)小球1下摆过程中机械能守恒,则有m1g(a-h)=12m1v02,解得v0=2g(a-h),碰后小球1继续向左摆动,机械能守恒,则有m1g(b-h)=12m1v12,解得v1=2g(b-h),碰撞后球2做平抛运动,则有c=v2t,H+h=12gt2,解得v2=cg2(H+h),碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向,由动量守恒定律得m1v0=m1v1+m2v2,代入求得的三个速度,则有m12g(a-h)=m12g(2)由以上分析可知,该实验中动量守恒的表达式为2m1a-h=2m1b-h+m26.答案(1)大于(2)PM(3)B(4)C解析(1)为了保证入射小球碰撞后不反弹,入射球的质量要大于被碰小球的质量.(2)小球m1从斜槽某处由静止开始滚下,m1的落点在图中的P点,小球m1和小球m2相撞后,小球m2的速度增大,小球m1的速度减小,都做平抛运动,所以碰撞后m1球的落地点是M点,m2球的落地点是N点.(3)斜槽末端一定要水平,只要入射小球每次释放的位置相同,就能使得每次碰撞前的速度相同,与斜槽是否光滑无关,故A错误;为保证每次碰撞前入射小球的速度相同,入射小球每次必须从斜槽上的同一位置由静止释放,故B正确;由于两小球每次都是从同一位置开始做平抛运动,小球在空中飞行时间相同,小球的水平射程能够反映小球的速度大小,所以实验中不用测量斜槽末端到水平地面的高度和时间,故C、D错误.(4)若动量守恒,取向右为正方向,则有m1v0=m1v1+m2v2,均乘时间得m1x2=m1x1+m2x3,故选C.7.答案(1)大于(2)dt1解析(1)滑块A和滑块B发生碰撞,用质量大的滑块A碰质量小的滑块B,则不会发生反弹,所以mA>mB.(2)滑块经过光电计时器时做匀速运动则碰前滑块A的速度为vA=dt(3)碰后滑块A的速度vA'=d碰后滑块B的速度vB'=d由动