（新課標）2020高考物理一輪復習 課時作業(yè)30 實驗驗證動量守恒定律（含解析）新人教版

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1、實驗驗證動量守恒定律 1．(2018·河南模擬)用如圖甲所示的裝置驗證動量守恒定律，小車P的前端粘有橡皮泥，后端連接通過打點計時器的紙帶，在長木板右端墊放木塊以平衡摩擦力，推一下小車P，使之運動，與靜止的小車Q相碰粘在一起，繼續(xù)運動． (1)實驗獲得的一條紙帶如圖乙所示，根據(jù)點跡的不同特征把紙帶上的點進行了區(qū)域劃分，用刻度尺測得各點到起點A的距離．根據(jù)碰撞前后小車的運動情況，應選紙帶上________段來計算小車P的碰前速度． (2)測得小車P(含橡皮泥)的質(zhì)量為m1，小車Q(含橡皮泥)的質(zhì)量為m2，如果實驗數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式________，則可驗證小車P、Q碰撞前后動量守恒． (3

2、)如果在測量小車P的質(zhì)量時，忘記粘橡皮泥，則所測系統(tǒng)碰前的動量與系統(tǒng)碰后的動量相比，將________(填“偏大”或“偏小”或“相等”)． 答案　(1)BC　(2)m1＝(m1＋m2)×　(3)偏小 解析　(1)兩小車碰撞前做勻速直線運動，在相等時間內(nèi)小車位移相等，由圖示紙帶可知，應選擇紙帶上的BC段求出小車P碰撞前的速度． (2)設(shè)打點計時器打點時間間隔為T，由圖示紙帶可知，碰撞前小車的速度：v＝，碰撞后小車的速度：v′＝， 如果碰撞前后系統(tǒng)動量守恒，則：m1v＝(m1＋m2)v′，即：m1＝(m1＋m2)，整理得：m1＝(m1＋m2)×； (3)在測量小車P的質(zhì)量時，忘記粘橡皮泥

3、，小車P質(zhì)量的測量值小于真實值，由p＝mv可知，所測系統(tǒng)碰前的動量小于碰撞后系統(tǒng)的動量． 2．(2018·臺州模擬)某同學用如圖1所示的裝置探究碰撞中的不變量，實驗開始前在水平放置的氣墊導軌左端裝一個彈射裝置，滑塊碰到彈射裝置時將被鎖定，打開控制開關(guān)，滑塊可被彈射裝置向右彈出．滑塊甲和滑塊乙上裝有相同寬度的擋光片，在滑塊甲的右端和滑塊乙的左端裝上了彈性碰架(圖中未畫出)，可保證在滑塊碰撞過程中能量損失極?。_始時，滑塊甲被彈射裝置鎖定，滑塊乙靜置于兩個光電門之間． (1)該同學用游標卡尺測量擋光片的寬度d如圖2所示，則d＝________ cm. (2)為使碰撞后兩個滑塊能夠先后通過

4、光電門2，則選用下列哪組滑塊能使實驗效果更好________． A．m甲＝50 g，m乙＝50 g B．m甲＝100 g，m乙＝50 g C．m甲＝50 g，m乙＝100 g (3)某次實驗時，該同學記錄下滑塊甲(質(zhì)量為m甲)通過光電門1的時間為t1，滑塊乙(質(zhì)量為m2)通過光電門2的時間為t2，滑塊甲通過光電門2的時間為t3，根據(jù)實驗器材等測量條件確定誤差范圍． ①只要等式________成立，則可說明碰撞過程中動量守恒； ②只要等式________成立，則可說明這次碰撞為彈性碰撞． (注：以上2個等式必須用題目中所給的字母表示) 答案　(1)2.145　(2)B　(3)①m

5、甲＝m甲＋m乙?、趍甲()2＝m甲()2＋m乙()2 解析　(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為21 mm，游標讀數(shù)為0.05×9 mm＝0.45 mm，則最終讀數(shù)為21.45 mm＝2.145 cm； (2)為使碰撞后兩個滑塊能夠先后通過光電門2，所以入射滑塊不能反彈，所以應用質(zhì)量較大的滑塊去碰質(zhì)量較小的滑塊，故選B項； (3)滑塊經(jīng)過光電門的速度分別為： v1＝ v2＝ v3＝ ①設(shè)甲的初速度方向為正方向，則由動量守恒定律有： m甲v1＝m甲v3＋m乙v2； 代入速度公式則有： m甲＝m甲＋m乙； ②要保證為碰性碰撞，碰撞前后機械能守恒，則有： m甲()2＝m甲()2＋m乙(

6、)2； 即m甲()2＝m甲()2＋m乙()2成立，即說明為彈性碰撞． 3．(2018·衡水四模)某實驗小組做“驗證動量守恒定律”的實驗．分別設(shè)計了圖甲、圖乙兩種實驗裝置； (1)若采用圖甲所示裝置進行實驗，為了減小偶然誤差，確定小球落點的平均位置的方法是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 為了保證入射小球離開斜槽末端的速度相同，

7、每次必須從斜槽上__________________滾下； (2)已知入射小球質(zhì)量為m1，被碰小球質(zhì)量為m2(m1＞m2)，甲同學建議用圖甲所示的裝置，由水平地板上的白紙與復寫紙記錄兩小球碰撞前后落點的位置，實驗中記下了O、M、P、N四個位置，如圖甲所示，其中P點是未放小球m2時小球m1被釋放后落點的位置，若采用圖甲所示裝置進行實驗，若滿足________________(用m1、m2、OM、OP、ON表示)，則說明碰撞中動量守恒；乙同學建議用圖乙所示的實驗裝置，用垂直于小球下落軌跡平面的豎直木板及白紙、復寫紙記錄兩小球碰撞前后落點的位置，實驗中記下了O、A、B、C四個位置(如圖所示)，若滿

8、足________________(用m1、m2、OA、OB、OC表示)，則說明碰撞中動量守恒；這兩種方案你認為________(填“甲”或“乙“)較好． 答案　(1)用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓把所有的落點圈在里面，圓心即平均位置　同一位置由靜止開始 (2)m1OP＝m1OM＋m2ON　＝＋　甲 解析　(1)用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓把所有的落點圈在里面，圓心即平均位置，這樣可以減小偶然誤差；為了保證小球每次到達斜面末端時速度相同，應讓小球每次從同一位置由靜止滑下； (2)設(shè)落地時間為t，則有：v1＝，v1′＝，v2′＝ 而動量守恒的表達式是：m1v1＝m1v1′＋m2v2′ 所以

9、若兩球相碰前后的動量守恒，則有：m1·OM＋m2·ON＝m1·OP成立； 小球做平拋運動，在豎直方向上：h＝gt2，平拋運動時間：t＝， 設(shè)軌道末端到木條的水平位置為x，小球做平拋運動的初速度： va＝，va′＝，vb′＝， 如果碰撞過程動量守恒，則：mava＝mava′＋mbvb′， 代入速度解得：＝＋； 由于甲實驗實驗方法簡單且數(shù)據(jù)處理方便，因此甲實驗原理更好一些． 4.(2018·濰坊三模)某同學用如圖所示裝置驗證動量守恒：長木板水平固定，彈簧左端固定在擋板上，右端自由伸長到O點，滑塊A右側(cè)粘有橡皮泥，置于長木板上，左側(cè)恰好位于O點．操作如下：①推動A壓縮彈簧至某一位置，然

10、后無初速釋放，測得停下時A、O間距離x1；②再次推動A壓縮彈簧至同一位置，另取一滑塊B放于O點，無初速釋放A，A與B碰后粘在一起運動，測得停下時A、O的距離x2. 請回答下列問題： (1)x1________x2(選填“大于”“小于”或“等于”)； (2)實驗中還需要測量的物理量及符號是________，若等式________(用所測物理量符號表示)成立，則碰撞過程動量守恒． 答案　(1)大于　(2)滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量m　M＝(M＋m) 解析　(1)由于碰撞后整體的速度小，故碰后停下時的距離要短，故x1大于x2； (2)根據(jù)動量守恒定律可知，實驗中需要測量滑塊AB的質(zhì)量，

11、以及A的速度和AB共同的速度，速度可以根據(jù)速度和位移的關(guān)系求解，故只需要再測量滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量m即可； 由于可以認為兩物體和地面的動摩擦因數(shù)相等，根據(jù)a＝μg可知，加速度相同，則有：v2＝2ax，解得：v1＝；碰后AB共同的速度v＝； 根據(jù)動量守恒定律有：Mv1＝(M＋m)v 將速度代入，化簡可得： M＝(M＋m). 5．(2018·保定一模)幾個同學在閑聊時說起了滑旱冰的物理學知識，于是大家想要粗略驗證動量守恒定律，設(shè)計好方案后按下列步驟進行： a．在寬闊水平的場地上選取兩個基準點為原點，分別向相反方向畫射線，選取一定長度為標度畫上刻度； b．兩個同學穿好旱冰鞋分別站立

12、在一個原點上，對推，旁邊同學用智能手機跟拍； c．改變對推人數(shù)，比如一方兩個同學相互抱住，另一方一個同學，旁邊同學拍下運動場景； d．選取同學的運動軌跡基本沿著射線的視頻，由視頻得到一些相關(guān)數(shù)據(jù)． 請回答： (1)要完成實驗目的，選出下列你認為需要用到的數(shù)據(jù)________． A．本地重力加速度g B．對推雙方的質(zhì)量m1、m2 C．對推雙方滑行的標度數(shù)目n1、n2 D．互推過程的時間， E．早冰鞋與地面之間的動摩擦因數(shù)μ (2)用選出的物理量寫出驗證動量守恒的表達式________． (3)寫出可能影響驗證的某一個因素 _________________________

13、_______________________________________________ ________________________________________________________________________. 答案　(1)BC　(2)m1＝m2 (3)雙方早冰鞋與地面間的摩撇因數(shù)不同，地面平整程度不同，對推過程時間較長摩擦力的沖量較大，推開后同學身體有轉(zhuǎn)動等等(任選一個作答) 解析　(1)由題意可知本實驗要驗證動量守恒定律，則可知一定要測量兩物體的質(zhì)量，同時為了測出相推后的速度，應根據(jù)人滑動的位移進行計算，所以應測量對推雙方滑行的標度數(shù)目n1、n2；其

14、他均不需測量，故選BC兩項； (2)假設(shè)人與地面間的動摩擦因數(shù)相同，同時設(shè)兩標度間距離為L；根據(jù)速度和位移關(guān)系可知，v＝； 由動量守恒定律有：m1v1＝m2v2 代入并化簡可知：m1＝m2； (3)實驗中產(chǎn)生誤差的原因較多，如：雙方早冰鞋與地面間的動摩擦因數(shù)不同，地面平整程度不同，對推過程時間較長摩擦力的沖量較大，推開后同學身體有轉(zhuǎn)動等等． 6.某學習小組為了驗證碰撞中的動量守恒，設(shè)計了如下方案：如圖所示，斜面與水平桌面平滑連接，先將質(zhì)量為M的滑塊A從斜面上某位置由靜止釋放，測量出滑塊在水平桌面滑行的距離x0；接著將質(zhì)量為m、相同材料的小滑塊B放在斜面底端的水平軌道上，再讓A從斜面上

15、同一位置由靜止釋放，A與B碰撞后，測量出各自沿桌面滑行的距離x1、x2.實驗中M＞m，重力加速度為g. (1)若滿足關(guān)系式________，則驗證了A和B的碰撞動量守恒(用題目中給出的物理量表示)． (2)若滿足關(guān)系式________，則驗證了A和B的碰撞是彈性碰撞(用題目中給出的物理量表示)． (3)若桌面稍有傾斜，本實驗________(填正確選項)． A．無法驗證動量守恒 B．仍可以驗證動量守恒 C．滿足動量守恒的關(guān)系式將改變 答案　(1)M＝M＋m　(2)Mx0＝Mx1＋mx2　(3)B 解析　(1)由牛頓第二定律可知，兩物體在水平面上滑行的時的加速度a＝μg；

16、則由速度和位移關(guān)系可知，v2＝2ax 解得：v＝； 即速度與成正比； 若碰撞中動量守恒，則有： Mv0＝Mv1＋mv2 M＝M＋m (2)若為彈性碰撞，則可知： Mv02＝Mv12＋mv22 Mx0＝Mx1＋mx2 (3)若斜面傾斜，因滑塊受力產(chǎn)生的加速度仍相同，故速度和仍成正比，根據(jù)以上分析可知，仍然可以驗證動量守恒． 7．(2018·武漢模擬)如圖(a)所示，沖擊擺是一個用細線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度． 實驗步驟如下： ①用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M； ②將實驗裝置水平放在桌子上，調(diào)

17、節(jié)擺繩的長度．使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長； ③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動．記下指針的最大偏角； ④多次重復步驟③，記錄指針最大偏角的平均值θ； ⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表． 擋位 平均最大 偏角θ (度) 彈丸 質(zhì)量 m(kg) 擺塊 質(zhì)量 M(kg) 擺長l (m) 彈丸的 速度v ( m/s) 低速擋 15.7 0.007 65 0.078 9 0.270 5.03 中速擋 19.1 0.007 65 0.078 9

18、 0.270 6.77 高速擋 0.007 65 0.078 9 0.270 7.15 完成下列填空： (1)現(xiàn)測得高速擋指針最大偏角如圖(b)所示，請將表中數(shù)據(jù)補充完整：θ＝________． (2)用上述測量的物理量表示發(fā)射彈丸的速度v＝________(已知重力加速度為g) (3)為減小實驗誤差，每次實驗前，并不是將指針置于豎直方向的零刻度處，常常需要試射并記下各擋對應的最大指針偏角．每次正式射擊前，應預置指針，使其偏角略小于該擋的最大偏角．請寫出這樣做的一個理由：______________________________________________ __

19、______________________________________________________________________. 答案　(1)22.4(22.1～22.7均正確) (2) (3)擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時，要克服摩擦力做功，故應使指針先停留在適當?shù)母叨龋詼p少能量的損耗． 解析　(1)由圖可知，角度的最小分度是1°，需要估讀一位，所以該讀數(shù)為22.4°； (2)彈丸射入擺塊內(nèi)，系統(tǒng)水平方向的動量守恒，選取向右為正方向，可得：mv＝(m＋M)v′ 擺塊向上擺動，機械能守恒：(m＋M)v′2＝(m＋M)gl(1－cosθ)， 聯(lián)立解得：v＝ (3)擺塊在推動指針偏轉(zhuǎn)時，要克服摩擦力做功，故應使指針先停留在適當?shù)母叨?，以減少能量的損耗． 8