2022年高考物理二轮复习实验专题训练验证动量守恒定律 .pdf

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1、学习必备欢迎下载河北 2013 高考二轮复习实验专题训练验证动量守恒定律1为了使“验证动量守恒定律”的实验成功，下列应注意的事项中正确的是（）A两球相碰时，它们的球心必须在同一高度上做对心碰撞B入射小球始终从同一高度释放，然后选取其中水平射程最远的一点，作为小球落点的位置C重复多次实验，用圆规画一个尽可能小的圆将对应同一位置的多个落点圈在里面，取圆内任一点作为落点的平均位置D改变入射球的释放高度，并多次释放测出各次的水平位移，求出其平均值后再代入守恒式进行验证【答案】A 2. 在“验证动量守恒定律”的实验中，让质量为m1的小球从斜槽轨道上某处自由滚下，与静止在轨道末端的质量为m2的小球发生对心

2、碰撞，如图所示. 某位同学认为实验中有如下事项，你认为其中正确的是_. A.轨道末端必须调整到水平B.实验中必须测量斜槽末端离地面的高度C.实验中必须测量两个小球的直径D.N 点为 m1落地点的位置【答案】 A 3. 某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的轻弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，验证物体相互作用时在一定条件下动量守恒. （1）该同学还必须用的实验器材是 . （2）需直接测量的数是 . （3）用所得数据验证动量守恒的关系式是 . 【答案】（1）天平、刻度尺、重垂线（2）两木块的质量为m1 、m2 ，两木块的

3、水平射程x1、x2 （3） m1x1=m2x2 4. 某同学用如图所示的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.图中 PQ是精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页学习必备欢迎下载斜槽， QR为水平槽 . 实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，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由静止开始滚下，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.

4、图甲中 O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点 .B 球落点痕迹如图乙所示，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 . （1）碰撞后B球的水平射程应取为 cm; (2) 在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答 .（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 O点相对于水平槽面的高度（3）实验中，对入射小球在斜槽上释放点的高低对实验影响的说法中正确的是 ( ) A.释放点越低，小球受阻力越小，入射小

5、球速度越小，误差越小B.释放点越 低，两球碰后水平位移越小，水平位移测量的相对误差越小，两球速度的测量越准确C.释放点越高，两球相碰后，相互作用的内力越大，碰撞前后动量之差越小，误差越小D.释放点越高，入射小球对被碰小球的作用力越大，轨道对被碰小球的阻力越小【答案】（1） 65.7(65.565.9 均可 ) （2）A、 B、D （ 3）C 5. 气垫导轨是一种常用的实验仪器. 它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦. 我们可以用带竖直挡板C和 D的气垫导轨以及滑块A和 B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用

6、的实验步骤如下：a. 用天平分别测出滑块A、B的质量 mA 、mB ；b. 调整气垫导轨，使导轨处于水平；c. 在 A和 B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上；d. 用刻度尺测出滑块A的左端至挡板C的距离 L1；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页学习必备欢迎下载e. 按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B 运动时间的计时器开始工作，当A、B 滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下滑块A、B分别到达挡板C、D的运动时间t1 和 t2. （1）实验中还应测量的物理量是；（ 2）利用上述测量

7、的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 .上式中算得的 A、B两滑块的动量大小并不完全相等，产生误差的原因是（回答两点即可） . （3）利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式. 如 不能，请说明理由. 6、某同学利用如图所示的装置验证动量守恒定律. 图中两摆摆长相同, 悬挂于同一高度,A、 B两摆球均很小，质量之比为1 2. 当两摆 均处于自由静止状态时，其侧面刚好接触. 向右上方拉动 B球使其摆线伸直并与竖直方向成45角，然后将其由静止释放. 结果观察到两摆球粘在一起摆动，且最大摆角为30. 若本实验允许的最大误差为4% ，此实验是否成功地验证了动量守恒定律.

8、 【解析】设摆球A、B的质量分别为mA、mB，摆长为l,B 球的初始高度为h1, 碰撞前 B球的速度为 vB. 在不考虑摆线质量的情况下，根据题意及机械能守恒定律得h1=l(1-cos45 ), 212BBm v=mBgh1. 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2. 有p1=mBvB.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页学习必备欢迎下载7. 如图所示 , 在“验证动量守恒定律”实验中, P为入射球A未与被碰球B碰撞时的落点, M为它与B 球碰后的落点, N为B 球的落点, 这个实验对小球质量MA 和MB 的

9、要求是MA_MB( 填“”、 “”或“” ). 为了能用OP长度表示球A的初速度 , OM 和 O N长度分别表示球A 与球 B 的末速度 , 则必须做到 _, 用图中标出的符号和测出的数据列出验证动量守恒的表达式为_. 解析 : 为保证A 碰后速度仍向右, MA MB; A、B 碰后均为平抛运动, 由 svt, 只有t 相同, s才能表示 v, 所以 A、B球心碰前必在同一水平线上. 答案 : 碰前 A、B两球心等高MA OP MA OM MB O N8. 如图所示 , 在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车, 甲车系一穿过打点计时器的纸带, 当甲车获得某一向右速度时, 随即启动打点计时器,

10、 甲车运动一段距离后, 与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动. 纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车运动情况如图14 26 所示 . 电源频率为50 Hz, 则碰撞前甲车运动速度大小为_m/s, 甲、乙两车碰撞后的速度大小为 _m/s, 该碰撞属于 _碰撞 . 解析 : 碰撞前后都是匀速直线运动, 利用公式v v 求得碰撞前后的速度. 碰前甲的速度为v11.2 cm/0.02 s 0.6 m/s, 碰后共同速度为v20.78 cm/0.02 s0.39 m/s.由于碰后两车成为一个整体, 所以其碰撞为完全非弹性碰撞. 答案 : 0.60 0.39 完全非弹性精选学习资料 - - - - - - -

11、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页学习必备欢迎下载9. 某同学把两块大小不同的木块用细线连接, 中间夹一被压缩了的轻质弹簧, 如图所示 , 将这一系统置于光滑的水平桌面上, 烧断细线 , 观察物体的运动情况, 进行必要的测量, 验证物体间相互作用时动量守恒. (1) 该同学还必须有的器材是_. (2) 需要直接测量的数据是_. (3) 用所得数据验证动量守恒的关系式是_. 解析 : 烧断细线后两木块在弹力作用下向相反的方向运动, 两木块离开桌面后分别做平抛运动. 由平抛运动规律知, 两木块在水平方向为匀速运动, 且运动时间相同, 同时落地 , 两者水平位移分

12、别为s1 v1t1, s2v2t2, 又 t1 t2, 若要验证m1v1m2v2, 只需验证m1s1 m2s2.因此 , 需要用刻度尺分别测出两者落地点到桌子两侧边的水平距离s1、s2, 用天平测两者的质量m1 、m2. 答案 : (1)刻度尺、天平(2) 两物体的质量m1 、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离 s1、 s2 (3)m1s1 m2s2 10. 为了验证动量守恒定律, 在水平气垫导轨上放置两个质量均为a 的滑块 , 每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连, 两个打点计时器所用电源的频率均为B. 气垫导轨正常工作后 , 接通两个打点计时器的电源, 并让两滑块以不同的

13、速度相向运动, 两滑块相碰后粘在一起继续运动. 图乙为某次实验打出的、点迹清晰的两条纸带各自的一部分, 在纸带上以同间距的6 个连续点为一段划分纸带, 用刻度尺分别量出其长度s1、s2 和 s3. 若题中各物理量的单位均为国际单位, 那么 , 碰撞前两滑块的动量大小分别为_、 _, 两滑块的总动量大小为_; 碰撞后的两滑块的总动量大小为_. 重复上述实验, 多做几次 . 若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等, 则动量守恒定律得到验证 . 解析 : 动量 p mv, 根据 vs/5T 可知两滑块碰前的速度分别为v10.2s1b 、 v20.2s3b, 则碰前两滑块动量分别为0.2

14、abs1 和 0.2abs3, 总动量大小为av1av20.2ab(s1 s3); 碰撞后两滑块的总动量大小为2av 2as2/(5T) 0.4abs2. 答案 : 0.2abs3 0.2abs1( 第 1、2 空答案可互换 ) 0.2ab(s1 s3) 0. 4abs2 11. 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验: 在小车A 的前端粘有橡皮泥 , 推动小车A 使之做匀速运动, 然后与原来静止在前方的小车B 相碰并粘合成一体, 继精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页学习必备欢迎下载续做匀速运动. 他

15、设计的装置如图 (a) 所示 . 在小车A 后连着纸带 , 电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz, 长木板下垫着小木片以平衡摩擦力. (1) 若已测得打点的纸带如图1429(b) 所示 , 并测得各计数点的间距( 已标在图上 ). A为运动的起点 , 则应选 _段来计算A 碰撞前的速度 , 应选 _段来计算A和 B 碰后的共同速度 ( 以上两空选填“ AB ”“BC ”“CD ”或“ DE ”). (2) 已测得小车A 的质量 m1 0.4 kg, 小车 B 的质量 m2 0.2 kg, 则碰前两小车的总动量大小为_kgm/s, 碰后两小车的总动量大小为_kgm/s.解析 : (1)从分析纸

16、带上打点情况看, BC段既表示小车做匀速运动, 又表示小车有较大速度, 因此 BC段能较准确地描述小车A 在碰撞前的运动情况, 应选用 BC段计算 A 的碰前速度 . 从CD段打点情况看 , 小车的运动情况还没稳定, 而在 DE段小车做匀速运动, 故应选用 DE段计算碰后 A和 B的共同速度 . (2) 小车 A在碰撞前速度大小为v0BC5T10.5010 250.02 m/s 1.050 m/s 小车 A在碰撞前动量大小为p0mAv0 0.4 1.050 kg m /s 0.420 kg m/s碰撞后 A、B共同速度大小为vDE5T6.9510 250.02 m/s 0.695 m/s 碰撞

17、后 A、B的总动量大小为p(mAmB)v(0.2 0.4) 0.695 kg m/s0.417 kg m/s.答案 : (1)BC DE (2)0.420 0.417 12. 如图是用来验证动量守恒的实验装置, 弹性球 1 用细线悬挂于O点, O 点下方桌子的边沿有一竖直立柱. 实验时 , 调节悬点 , 使弹性球1 静止时恰与立柱上的球2 接触且两球等高. 将球 1 拉到 A点 , 并使之静止 , 同时把球 2 放在立柱上 . 释放球 1, 当它摆到悬点正下方时与球 2 发生对心碰撞. 碰后球 1 向左最远可摆到B 点, 球 2 落到水平地面上的C 点. 测出有关数据即可验证1、2 两球碰撞时

18、动量守恒. 现已测出A 点离水平桌面的高度为a, B点离水平桌面的高度为b, C 点与桌子边沿间的水平距离为c. 此外 , 图 14210 (1) 还需要测量的量是(2) _、_和_. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页学习必备欢迎下载(2) 根据测量的数据, 该实验中动量守恒的表达式为_. ( 忽略小球的大小) 解析 : (1)要验证动量守恒必须知道两球碰撞前后的动量变化, 根据弹性球1 碰撞前后的高度a 和 b, 由机械能守恒可以求出碰撞前后的速度, 故只要再测量弹性球1 的质量 m1, 就能求出弹性球1 的动量

19、变化 ; 根据平抛运动的规律, 只要测出立柱高h 和桌面高H 就可以求出弹性球 2 碰撞前后的速度变化, 故只要测量弹性球2 的质量和立柱高h、桌面高 H就能求出弹性球2 的动量变化 . (2) 根据 (1) 的解析可以写出动量守恒的方程2m1 ah2m1 bhm2cHh答案 : (1)弹性球 1、2 的质量 m1 、m2 立柱高 h 桌面高 H (2)2m1ah2m1 bh m2cHh13. 为了证明碰撞中的动量守恒, 实验宜在气垫导轨上进行, 这样可以大大减小阻力, 使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动. 使实验的可靠性及准确度得以提高. 在某次实验中, A 、B 两铝制滑块在一水平长

20、气垫导轨上相碰, 用闪光照相机每隔0.4 秒的时间拍摄一次照片 , 每次拍摄时闪光的延续时间很短, 如图所示 , 已知 A、B之间的质量关系是mB 1.5mA, 拍摄共进行了4 次, 第一次是在两滑块相撞之前, 以后的三次是在碰撞之后. A原来处于静止状态 , 设 A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm 至 105 cm 这段范围内运动( 以滑块上的箭头位置为准), 试根据闪光照片求出: (1)A 、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？(2) 根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后动量是否守恒. 解析 : (1)由题意可知 , 碰前 : vA 0 碰后 : vAsA t0.30.4 m/s

21、 0.75 m/svBsB t0.20.4 m/s 0.5 m/s从发生碰撞到第二次拍摄照片, A 运动的时间是t1 sAvA0.150.75 s 0.2 s 由此可知 , 从拍摄第一张照片到发生碰撞的时间是t2 (0.4 0.2) s0.2 s 则碰前物体B的速度为vBsB t20.20.2 m/s 1 m/s. (2) 碰撞前的动量 : p mAvA mBvB 1.5 mA 碰撞后的动量: pmAvA mBvB 0.75mA0.75mA1.5mA, 可见 pp, 所以动量守恒. 答案 : 见解析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页