2024-2025学年高中物理第一章碰撞与动量守恒实验验证动量守恒定律课堂演练含解析粤教版选修3-5

PAGE5-试验验证动量守恒定律1．在试验室里为了验证动量守恒定律，一般采纳如图甲、乙所示的两种装置：(1)若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则()A．m1>m2，r1>r2 B．m1>m2，r1<r2C．m1>m2，r1＝r2 D．m1<m2，r1＝r2(2)若采纳图乙所示装置进行试验，以下所供应的测量工具中必需的是________．A．直尺 B．游标卡尺C．天平 D．弹簧测力计E．秒表(3)设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用图甲所示装置进行试验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为_______________________________________________________________________________________(用装置图中的字母表示)．解析：(1)为防止反弹造成入射球返回斜槽，要求入射球质量大于被碰球质量，即m1>m2，为使入射球与被碰球发生对心碰撞，要求两小球半径相同，故选项C正确．(2)设入射小球碰前的速度为v1，入射小球、被碰小球相碰后的速度分别为v′1、v′2.由于两球都从同一高度做平抛运动，当以运动时间为一个计时单位时．可以用它们平抛的水平位移表示碰撞前后的速度．因此，验证的动量守恒关系m1v1＝m1v′1＋m2v′2可表示为m1x1＝m1x′1＋m2x′2.所以须要直尺、天平，而无须弹簧测力计、秒表．由于题中两个小球都可认为是从槽口起先做平抛运动的，两球的半径不必测量，故无须游标卡尺．(3)得出验证动量守恒定律的结论应为m1OP＝m1OM＋m2O′N.答案：(1)C(2)AC(3)m1OP＝m1OM＋m2O′N2．某同学利用气垫导轨做“验证碰撞中的动量守恒”的试验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成．(1)下面是试验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调整气垫导轨的调整旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通光电计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧装有同定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块2和滑块1依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5mm，测得滑块1的质量为m1＝300g，滑块2(包括弹簧)的质量为m2＝200g.(2)数据处理与试验结论：①试验中气垫导轨的作用是：A．_______________________________________________；B．_______________________________________________.②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s；(结果均保留两位有效数字)③在误差允许的范围内，通过本试验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对试验数据的分析说明理由(回答两个不变量)．a．_______________________________________________；b．_______________________________________________.解析：(2)①A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．B．保证两个滑块的碰撞是一维的．②滑块1碰撞之前的速度v1＝eq\f(d,Δt1)＝eq\f(5×10－3,10.01×10－3)m/s≈0.50m/s；滑块1碰撞之后的速度v2＝eq\f(d,Δt2)＝eq\f(5×10－3,49.99×10－3)m/s≈0.10m/s；滑块2碰撞之后的速度为v3＝eq\f(d,Δt3)＝eq\f(5×10－3,8.35×10－3)m/s≈0.60m/s.③a.系统碰撞前后总动量不变．缘由：系统碰撞之前m1v1＝0.15kg·m/s，系统碰撞之后m1v2＋m2v3＝0.15kg·m/s.b．系统碰撞前后总动能不变．缘由：系统碰撞之前的总动能Ek1＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＝0.0375J，系统碰撞之后的总动能Ek2＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,2)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,3)＝0.0375J.答案：见解析3．某同学用如图(a)所示的装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来探究碰撞中的守恒量，图中PQ是斜槽，QR为水平槽，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，图(a)中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点，B球落点痕迹如图(b)，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐图(a)图(b)(1)除了图中器材外，试验室还备有下列器材，完成本试验还须要用到的器材有________(填选项号)．A．秒表B．天平C．毫米刻度尺D．打点计时器(及电源和纸带)E．圆规F．弹簧测力计G．游标卡尺(2)从图(b)可以测出碰撞后B球的水平射程应取为__________cm.(3)在以下选项中，______________是本次试验必需进行的测量(填选项号)A．水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离B．A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离C．测量A球或B球的直径D．测量A球和B球的质量(或两球质量之比)E．测量G点相对于水平槽面的高度解析：(1)利用天平测量小球质量，利用刻度尺测量落点距离，利用圆规找到圆心．(2)距离为O点到落点圆心间的距离．(3)ABD答案：(1)BCE(2)64.7(填64.2cm～65.2cm之间均可)(3)ABD4．用图示试验装置探究“碰撞中的不变量”试验，除了图示装置中的试验仪器外，下列仪器中还须要的是()A．秒表 B．天平C．刻度尺 D．直流电源E．沟通电源若试验中得到一条纸带如图所示，已知A、B车的质量分别为mA、mB，则该试验须要验证的表达式是______________________．(用图中物理量和已给出的已知量表示)解析：该试验须要测量小车的质量，故须要天平；须要测量各计数点间距，故须要刻度尺；打点计时器有计时功能，无需秒表；而打点计时器工作电源是沟通电源，无需直流电源，故选BCE；小车A碰前做匀速运动，打在纸带上的点间距是匀称的，故求碰前小车A的速度应选BC段，碰后两车一起做匀速运动，打出的点也是间距匀称的，故选DE段来计算碰后速度，在误差允许的范围内，须要验证的表达式是mAvA＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))vAB，即mAxBC＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))xDE.答案：BCEmAxBC＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mA＋mB))xDE5．某物理爱好小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的试验．在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门，水平平台上A点右侧摩擦很小，可忽视不计，左侧为粗糙水平面．采纳的试验步骤如下：A．在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；B．用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb；C．在a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的水平轻短弹簧，静止放置在平台上；D．细线烧断后，a、b瞬间被弹开，向相反方向运动；E．记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t；F．小球b从平台边缘飞出后，落在水平地面的B点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离sb；G．变更弹簧压缩量，进行多次测量．(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度为________mm.(2)该试验要验证动量守恒定律，则只需验证两物体a、b弹开后的动量大小相等，即__________＝__________(用上述试验所涉及物理量的字母表示，当地重力加速度为g)．解析：(1)螺旋测微器的固定刻度读数为2.5mm，可动刻度读数为0.01×5.0mm＝0.050mm，所以最终读数为：2.5mm＋0.050mm＝2.550mm.(2)烧断细线后，a向左运动，经过光电门，依据速度公式可知，a经过光电门的速度va＝eq\f(d,t)；故a的动量pa＝maeq\f(d,t).b离开平台后做平抛