2020版高考物理大一輪復習 第六章 碰撞與動量守恒 8 實驗七 驗證動量守恒定律隨堂檢測鞏固落實.doc

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實驗七 驗證動量守恒定律 1．(2019濟寧模擬)為了驗證碰撞中的動量守恒和檢驗兩個小球的碰撞是否為彈性碰撞，某同學選取了兩個體積相同、質量相差比較大的小球，按下述步驟做了實驗： ①用天平測出兩小球的質量(分別為m1和m2，且m1>m2)． ②按圖示安裝好實驗器材，將斜槽AB固定在桌邊，使槽的末端切線水平，將一斜面BC連接在斜槽末端． ③先不放小球m2，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，記下小球在斜面上的落點位置． ④將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，分別記下小球m1和m2在斜面上的落點位置． ⑤用毫米刻度尺量出各個落點位置到斜槽末端點B的距離．圖中D、E、F點是該同學記下小球在斜面上的落點位置，到B點的距離分別為LD、LE、LF. 根據(jù)該同學的實驗，回答下列問題： (1)在不放小球m2時，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，m1的落點在圖中的________點，把小球m2放在斜槽末端邊緣處，小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，使它們發(fā)生碰撞，碰后小球m1的落點在圖中的________點． (2)若碰撞過程中，動量和機械能均守恒，不計空氣阻力，則下列表達式中正確的有________． A．m1LF＝m1LD＋m2LE B．m1L＝m1L＋m2L C．m1LE＝m1LD＋m2LF D．LE＝LF－LD 解析：(1)小球m1從斜槽頂端A處由靜止開始滾下，m1的落點在圖中的E點，小球m1和小球m2相撞后，小球m2的速度增大，小球m1的速度減小，都做平拋運動，所以碰撞后m1球的落地點是D點，m2球的落地點是F點． (2)設斜面傾角為θ，小球落點到B點的距離為L，小球從B點拋出時速度為v，則豎直方向有Lsin θ＝gt2，水平方向有Lcos θ＝vt， 解得v＝＝＝，所以v∝. 由題意分析得，只要滿足m1v1＝m2v2＋m1v′1，把速度v代入整理得：m1＝m1＋m2，說明兩球碰撞過程中動量守恒； 若兩小球的碰撞是彈性碰撞，則碰撞前后機械能沒有損失，則要滿足關系式： m1v＝m1v′＋m2v， 整理得m1LE＝m1LD＋m2LF，故C正確． 答案：(1)E　D　(2)C 2．(2019廣西南寧興寧區(qū)期末)如圖所示，用碰撞實驗器可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關系． (1)實驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是，可以通過僅測量________(填選項前的符號)，間接地解決這個問題． A．小球開始釋放高度h B．小球拋出點距地面的高度H C．小球做平拋運動的射程 (2)圖中O點是小球拋出點在地面上的垂直投影，實驗時先讓入射球m1多次從斜軌上Q位置靜止釋放，找到其平均落地點的位置P，測量平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上Q位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復． 接下來要完成的必要步驟是________．(填選項前的符號) A．用天平測量兩個小球的質量m1、m2 B．測量小球m1開始釋放的高度h C．測量拋出點距地面的高度H D．分別找到m1、m2相碰后平均落地點的位置M、N E．測量平拋射程OM、ON (3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達式可表示為__________________________________(用(2)中測量的量表示)；若碰撞是彈性碰撞，那么還應滿足的表達式為__________________________________(用(2)中測量的量表示)． 解析：(1)小球碰前和碰后的速度都用平拋運動來測定，即v＝.而由H＝gt2知，每次豎直高度相等，平拋時間相等．即m1＝m1＋m2；則可得m1＝m1＋m2.故只需測射程，因而選C. (2)由表達式知，在已知時，需測量m1、m2、和，故必要步驟為A、D、E. (3)若兩球相碰前后的動量守恒，則 m1v0＝m1v1＋m2v2， 又＝v0t，＝v1t，＝v2t， 代入得m1＝m1＋m2； 若為彈性碰撞同時滿足機械能守恒，則 m1＝m1＋m2 得m12＝m12＋m22. 答案：(1)C　(2)ADE (3)m1＝m1＋m2 m12＝m12＋m22 3．氣墊導軌上有A、B兩個滑塊，開始時兩個滑塊靜止，它們之間有一根被壓縮的輕質彈簧，滑塊間用繩子連接(如圖甲所示)，繩子燒斷后，兩個滑塊向相反方向運動，圖乙為它們運動過程的頻閃照片，頻閃的頻率為10 Hz，由圖可知： (1)A、B離開彈簧后，應該做____________運動，已知滑塊A、B的質量分別為200 g、300 g，根據(jù)照片記錄的信息，從圖中可以看出閃光照片有明顯與事實不相符合的地方是________________________________________________________________________． (2)若不計此失誤，分開后，A的動量大小為________kgm/s，B的動量的大小為________kgm/s.本實驗中得出“在實驗誤差允許范圍內，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒”這一結論的依據(jù)是________________________________________________________________． 解析：(1)A、B離開彈簧后因水平方向不再受外力作用，所以均做勻速直線運動，在離開彈簧前A、B均做加速運動，A、B兩滑塊的第一個間隔都應該比后面勻速時相鄰間隔的長度?。? (2)周期T＝＝0.1 s，v＝，由題圖知A、B勻速時速度大小分別為vA＝0.09 m/s，vB＝0.06 m/s，分開后A、B的動量大小均為p＝0.018 kgm/s，方向相反，滿足動量守恒，系統(tǒng)的總動量為0. 答案：(1)勻速直線　A、B兩滑塊的第一個間隔 (2)0.018　0.018　A、B兩滑塊作用前后總動量不變，均為0 4.某實驗小組的同學制作了一個彈簧彈射裝置，輕彈簧兩端各放一個金屬小球(小球與彈簧不連接)，壓縮彈簧并鎖定，然后將鎖定的彈簧和兩個小球組成的系統(tǒng)放在內壁光滑的金屬管中(管徑略大于兩球直徑)，金屬管水平固定在離地面一定高度處，如圖所示．解除彈簧鎖定，則這兩個金屬小球可以同時沿同一直線向相反方向彈射．現(xiàn)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，并探究彈射過程所遵循的規(guī)律，實驗小組配有足夠的基本測量工具，并按下述步驟進行實驗： ①用天平測出兩球質量分別為m1、m2； ②用刻度尺測出兩管口離地面的高度均為h； ③解除彈簧鎖定彈出兩球，記錄下兩球在水平地面上的落點M、N. 根據(jù)該小組同學的實驗，回答下列問題： (1)要測定彈射裝置在彈射時所具有的彈性勢能，還需要測量的物理量有________． A．彈簧的壓縮量Δx B．兩球落地點M、N到對應管口P、Q的水平距離x1、x2 C．小球直徑 D．兩球從彈出到落地的時間t1、t2 (2)根據(jù)測量結果，可得彈性勢能的表達式為________________________________________． (3)用測得的物理量來表示，如果滿足關系式________________________________________________________________________， 則說明彈射過程中系統(tǒng)動量守恒． 解析：(1)彈簧彈出兩球過程中，系統(tǒng)機械能守恒，要測定壓縮彈簧的彈性勢能，可轉換為測定兩球被彈出時的動能，實驗中顯然可以利用平拋運動測定平拋初速度以計算初動能，因此在測出平拋運動下落高度的情況下，只需測定兩球落地點M、N到對應管口P、Q的水平距離x1、x2，所以選B. (2)平拋運動的時間t＝，初速度v0＝，因此初動能Ek＝mv＝，由機械能守恒定律可知，壓縮彈簧的彈性勢能等于兩球平拋運動的初動能之和，即Ep＝＋. (3)若彈射過程中系統(tǒng)動量守恒，則m1v01＝m2v02，代入時間得m1x1＝m2x2. 答案：(1)B　(2)Ep＝＋　(3)m1x1＝m2x2