高考物理一轮复习-实验七-验证动量守恒定律

1．(2021·广西柳州模拟)某同学利用气垫导轨进行研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒实验，如图所示，其中图甲中两滑块相互碰撞的端面上分别装有弹性碰撞架，图乙中两滑块的碰撞端分别装有撞针和橡皮泥。(1)分别用甲、乙两图的实验装置进行实验，碰撞时图________所示的装置动能损失得较小。(2)某次实验时使图乙中A、B滑块匀速相向滑动并发生碰撞，测得碰撞前A、B的速度大小分别为vA＝2m/s，vB＝4m/s，碰后A、B以共同的速度v＝0.8m/s运动，方向与碰撞前A的运动方向相同，A、B的质量分别用mA、mB表示，以碰撞前A的运动方向为正方向，则验证此过程中动量守恒的表达式为__________________________；若表达式成立，则mA∶m解析：(1)题图乙中两滑块碰撞后会连成一体，动能损失最大；图甲所示的装置动能损失得较小。(2)由题意知，验证此过程中动量守恒的表达式为mAvA－mBvB＝(mA＋mB)v，若表达式成立，代入数据得2mA－4mB＝0.8(mA＋mB)，则有mA∶mB＝4∶1。答案：(1)甲(2)mAvA－mBvB＝(mA＋mB)v4∶12．(2021·安徽六安一中高三检测)某同学设计了一个“验证动量守恒定律”的实验，实验装置如图甲：在粗糙的长木板上，小车A的前端装上撞针，给小车A某一初速度，使之向左匀速运动，并与原来静止在前方的小车B(后端粘有橡皮泥，橡皮泥质量可忽略不计)相碰并粘成一体，继续匀速运动。在小车A后连着纸带，纸带穿过电磁打点计时器，电磁打点计时器电源频率为50Hz。(1)在用打点计时器做“验证动量守恒定律”实验时，下列说法正确的有________。A．实验时要保证长木板水平放置B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源(2)纸带记录下碰撞前A车和碰撞后两车运动情况如图乙所示，则碰撞前A车运动速度大小为________m/s(结果保留一位有效数字)，A、B两车的质量比值eq\f(mA,mB)等于________(结果保留一位有效数字)。解析：(1)为了保证小车匀速行驶，所以应该平衡摩擦力，木板应该倾斜放置，故A错误；相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起，故B正确；为了打点稳定，应先接通电源再让小车运动，故C正确，D错误。(2)在碰撞前A车做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，则vA＝eq\f(0.012,0.02)m/s＝0.6m/s，碰后小车的速度为v＝eq\f(0.008,0.02)m/s＝0.4m/s，由动量守恒定律得mAvA＝(mA＋mB)v，所以eq\f(mA,mB)＝2。答案：(1)BC(2)0.623．(2021·四川成都高三联考)某同学利用气垫导轨验证动量守恒定律，同时测量弹簧的弹性势能，实验装置如图甲所示，两滑块A、B上各固定一相同窄片。部分实验步骤如下：Ⅰ.用螺旋测微器测量窄片的宽度d；Ⅱ.将气垫导轨调成水平；Ⅲ.将A、B用细线绑住，在A、B间放入一个被压缩的轻小弹簧；Ⅳ.烧断细线，记录A、B上的窄片分别通过光电门C、D的挡光时间t1、t2。(1)若测量窄片的宽度d时，螺旋测微器的示数如图乙所示，则d＝________mm。(2)实验中，还应测量的物理量是________。A．滑块A的质量m1以及滑块B的质量m2B．烧断细线后滑块A、B运动到光电门C、D的时间tA、tBC．烧断细线后滑块A、B运动到光电门C、D的路程x1、x2(3)验证动量守恒定律的表达式是________________；烧断细线前弹簧的弹性势能Ep＝________。(均用题中相关物理量的字母表示)解析：(1)螺旋测微器主尺的示数为4.5mm，可动刻度的示数为0.01mm×30.0＝0.300mm，故d＝4.5mm＋0.300mm(2)验证动量守恒定律，需要测量滑块A、B的质量m1和m2，故选A。(3)根据动量守恒定律有m1v1－m2v2＝0，其中v1＝eq\f(d,t1)、v2＝eq\f(d,t2)，可得eq\f(m1,t1)＝eq\f(m2,t2)。根据能量守恒定律可得，烧断细线前弹簧的弹性势能Ep＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＝eq\f(d2,2)(eq\f(m1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))＋eq\f(m2,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))))。答案：(1)4.800(2)A(3)eq\f(m1,t1)＝eq\f(m2,t2)eq\f(d2,2)(eq\f(m1,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))＋eq\f(m2,teq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))))4．(2021·江西新建二中高三测试)某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步骤如下：(1)用游标卡尺测量小球A、B的直径d，其示数均如图乙所示，则直径d＝________mm，用天平测得球A、B的质量分别为m1、m2。(2)用两条细线分别将球A、B悬挂于同一水平高度，且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上。(3)将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为α时由静止释放，与球B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ1，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为θ2。(4)若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为________________________；若碰撞是弹性碰撞，则还应满足的表达式为__________________________。(用测量的物理量表示)解析：(1)直径d＝22mm＋0.1mm×0＝(4)设悬线长度为L，则A球到达最低点时的速度v＝eq\r(2gL（1－cosα）)，碰后A球的速度v1＝eq\r(2gL（1－cosθ1）)，碰后B球的速度v2＝eq\r(2gL（1－cosθ2）)，若两球碰撞前后的动量守恒，则其表达式为m1v＝m2v2－m1v1，即m1eq\r(2gL（1－cosα）)＝m2eq\r(2gL（1－cosθ2）)－m1eq\r(2gL（1－cosθ1）)，即m1eq\r(1－cosα)＝m2eq\r(1－cosθ2)－m1eq\r(1－cosθ1)，化简后可得m1sineq\f(α,2)＝m2sineq\f(θ2,2)－m1sineq\f(θ1,2)。碰撞是弹性碰撞，则还应满足的表达式为eq\f(1,2)m1v2＝eq\f(1,2)m2veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))＋eq\f(1,2)m1veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))，即eq\f(1,2)m1[eq\r(2gL（1－cosα）)]2＝eq\f(1,2)m2[eq\r(2gL（1－cosθ2）)]2＋eq\f(