新教材2024高中物理第一章动量守恒定律1.4实验：验证动量守恒定律同步测试新人教版选择性必修第一册

第一章机械能守恒定律4试验：验证动量守恒定律【基础巩固】1.在利用平抛运动验证动量守恒定律的试验中,安装斜槽轨道时,应让斜槽末端的切线保持水平,这样做的目的是 ()A.使入射球得到较大的速度B.使入射球与被碰球对心碰撞后速度均为水平方向C.使入射球与被碰球碰撞时动能无损失D.使入射球与被碰球碰撞后均能从同一高度飞出解析:试验中小球能水平飞出是试验胜利的关键.答案:B2.下图为验证动量守恒定律的试验装置示意图,两个带有等宽遮光条的滑块A、B的质量分别为mA、mB,在A、B间锁定一压缩的轻弹簧,将其置于气垫导轨上.已知A到C与B到D的距离相等,遮光条的宽度为d.接通充气开关,解除弹簧的锁定,弹簧将两滑块沿相反方向弹开,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为t1和t2.(1)本试验须要调整气垫导轨水平,调整方案是

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(2)调整导轨水平后进行试验,若关系式成立,则说明该试验动量守恒.

(3)某次试验未接通充气开关,弹簧被锁定时压缩的长度不变,光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为t3和t4,两滑块与导轨间的动摩擦因数相同,若要测出该动摩擦因数,还须要测量的量是.

解析:(1)接通充气开关,调整导轨,滑块能静止在气垫导轨上或使滑块经两个光电门的时间相等时,则表示气垫导轨已调整至水平状态.(2)两滑块组成的系统弹开前动量为0,若两滑块组成的系统动量守恒,则弹开后满意mAvA=mBvB,即mAdt1=mBdt2,所以m(3)对滑块A,有dt12-dt32=2μgxAC,对滑块B,有dt22-dt42=2μgxBD,故还需测量滑块到光电门的距离.答案:(1)接通充气开关,调整导轨使滑块能静止在导轨上或使滑块经两个光电门的时间相等(2)mAt13.(2024·浙江1月选考卷)“探究碰撞中的不变量”的试验装置如图所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A肯定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得.(1)试验应进行的操作有.

A.测量滑轨的长度B.测量小车的长度和高度C.碰撞前将滑轨调成水平(2)下表是某次试验时测得的数据:A的质量/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/(m·s-1)碰撞后A的速度大小/(m·s-1)碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.2000.3001.0100.2000.800由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是kg·m/s.(结果保留3位有效数字)

解析:(1)试验须要测量小车的速度和质量,不须要测量滑轨的长度以及小车的长度和高度,选项A、B错误;当系统所受合外力为0时系统动量守恒,故碰撞前应将滑轨调成水平,选项C正确.(2)由于小车A的质量小于小车B的质量,因此碰撞后小车A反弹,以碰撞前小车A的速度方向为正方向,则碰撞后小车A、B所构成的系统总动量p=mAvA+mBvB=0.200×(-0.200)kg·m/s+0.300×0.800kg·m/s=0.200kg·m/s.答案:(1)C(2)0.2004.某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的试验:小车A前端粘有橡皮泥,后端连着一穿过打点计时器的纸带,接通打点计时器电源后,推动小车A使之做匀速直线运动,与原来静止在前方的相同材料制成的小车B相碰并粘在一起,接着做匀速直线运动,他设计的试验装置如图甲所示.甲(1)长木板右端下面垫一小木块的目的是

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(2)若已获得的纸带如图乙所示,A为运动的起点,相邻计数点间距离分别记为xAB、xBC、xCD和xDE,用天平测得A、B两车的质量分别为mA、mB,则需验证的表达式为.

乙解析:(1)长木板右端下面垫一小木块,目的是平衡摩擦力,使小车拖着纸带在木板上能做匀速直线运动.(2)从题图中可以看出,B到C的时间等于D到E的时间,所以可以用BC的长度代表小车碰撞前的速度,用DE的长度代表碰撞后的速度,应有(mA+mB)·xDE=mA·xBC.答案:(1)平衡摩擦力,使小车能在木板上做匀速直线运动(2)(mA+mB)·xDE=mA·xBC5.某同学用图甲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.试验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止起先滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10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由静止起先滚下,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10次,得到了如图乙所示的三个落地点区域.甲乙(1)找出落地点的平均位置的方法是

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图中OP的长度是xOP=cm.

(2)已知mA∶mB=2∶1,若碰撞过程中动量守恒,则由图可以推断出R是球的落地点,P是球的落地点.

(3)用题中的字母表示验证动量守恒的表达式为.

解析:(1)用完量小的圆把全部落点圈在里面,则此圆的圆心即落点的平均位置.由题图可知,xOP=13.0cm.(2)R应是被碰小球B的落地点,P为入射小球A碰撞后的落地点.(3)小球落地时间t相同,由mAxOPt+mBxORt=mA·xOQt可知,验证动量守恒的表达式为mA·xOP+mB·xOR答案:(1)用完量小的圆把全部落点圈在里面,圆心即落点的平均位置13.0(2)BA(3)mA·xOP+mB·xOR=mA·xOQ【拓展提高】6.如图所示,在试验室用两端带有竖直挡板C和D的气垫导轨及有固定挡板的质量都是m'的滑块A和B做验证动量守恒定律的试验,试验步骤如下:Ⅰ.把两滑块A和B紧靠在一起,在A上固定质量为m的砝码(未画出),将A和B置于导轨上,用电动卡销卡住A和B,在A和B的固定挡板间放入一轻弹簧,使弹簧处于水平压缩状态;Ⅱ.按下电钮放开电动卡销,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,在A和B与固定挡板C和D碰撞的同时电子计时器自动停止计时,登记A运动至C的时间t1,B运动至D的时间t2;Ⅲ.重复几次,取t1和t2的平均值.(1)在调整气垫导轨时应留意;

(2)应测量的数据还有;

(3)只要关系式成立,即可验证动量守恒定律.

解析:(1)导轨水平常滑块做匀速运动.(2)需测出A左端到挡板C的距离x1和B右端到挡板D的距离x2,由计时器登记A、B到两挡板的时间t1、t2,算出两滑块A、B弹开时的速度v1=x1t1,v2(3)若动量守恒,则(m'+m)v1-m'v2=0,即(m'+m)x1t1答案:(1)使气垫导轨水平(2)滑块A的左端到挡板C的距离x1和滑块B的右端到挡板D的距离x2(3)(m'+m)x1t7.物理小组利用频闪照相和气垫导轨做验证动量守恒定律的试验.步骤如下:①用天平测出滑块A、B的质量分别为300g和200g;②安装好气垫导轨,调整气垫导轨使导轨水平;③向气垫导轨通入压缩空气;④把A、B两滑块放到导轨上,并给它们一个初速度,同时起先闪光照相.闪光的时间间隔设定为t=0.2s,照片如图所示.该组同学结合试验过程和图分析知:该图是闪光4次拍得的照片,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0~80cm刻度范围内;第一次闪光时,滑块B恰好通过x=55cm处,滑块A恰好通过x=70cm处;碰撞后有一个物体处于静止状态.(1)以上状况说明碰后(选填“A”或“B”)滑块静止,滑块碰撞发生在cm处.

(2)滑块碰撞发生在第一次闪光后s.

(3)选向右为正方向,碰撞前两滑块的总动量是kg·m/s,碰撞后两滑块的总动量是kg·m/s,以上试验结果说明

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解析:(1)由题图可知,A只有两个位置有照片,这说明A碰后保持静止,故碰撞发生在第一、二两次闪光之间,碰撞后A静止,故碰撞发生在x=60cm处.(2)碰撞后B向左做匀速运动,设其速度为vB',有vB'·t=0.2m,从发生碰撞到其次次闪光时B向左运动10cm,时间为t',有vB'·t'=0.1m,第一次闪光到发生碰撞时间为Δt,有Δt+t'=t,解得Δt=0.1s.(3)选向右为正方向,碰撞前B的速度大小vB=0.050.1m/s=0.5m/s,A的速度大小vA=0.10.1m/s=1m/s,则碰撞前两滑块的总动量p1=mBvB-mAvA=-0.2kg·m/s;碰撞后,A静止,B的速度大小v-0.2kg·m/s.以上试验结果说明在碰撞前后系统的动量不变.答案:(1)A60(2)0.1(3)-0.2-0.2碰撞前后系统的动量守恒8.某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律,试验起先前在水平放置的气垫导轨左端装一个弹射装置,滑块遇到弹射装置后被锁定,打开限制开关,滑块可被弹射装置向右弹出.滑块甲和滑块乙上装有相同宽度的挡光片,在滑块甲的右端和滑块乙的左端装上了弹性碰撞架(图中未画出).试验起先前,滑块甲被弹射装置锁定,滑块乙静止于两个光电门之间.甲(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d,结果如图乙所示,则d=cm.

乙(2)为使碰撞后两个滑块能够先后通过光电门2,选用组滑块试验效果更好.

A.m甲=50g,m乙=50gB.m甲=100g,m乙=50gC.m甲=50g,m乙=100g(3)试验时,数字计时器记录下滑块甲(质量为m甲)通过光电门1的时间为t1,滑块乙(质量为m乙)通过光电门2的时间为t2,滑块甲通过光电门2的时间为t3,只要等式成立,就可以说明碰撞前后动量守恒;只要等式成立,就可以说明这次碰撞没有能量损失.(用题目中所给的字母表示)

解析:(1)游标卡尺的主尺读数为21mm,游标尺读数为0.05×9mm=0.45mm,最终读数为21.45mm=2.145cm.(2)为使碰撞后两个滑块能够