高考物理精做18验证动量守恒定律实验大题精做新人教版.doc

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1、1 / 14【2019【2019 最新最新】精选高考物理精做精选高考物理精做 1818 验证动量守恒定律实验大题精做验证动量守恒定律实验大题精做新人教版新人教版1 （2011北京卷）如图，用“碰撞实验器“可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。（1）实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量_（填选项前的符号） ，间接地解决这个问题。A小球开始释放高度hB小球抛出点距地面的高度HC小球做平抛运动的射程（2）图2中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP。然后

2、，把被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上S位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是_（填选项前的符号） 。1m2m1m2mA用天平测量两个小球的质量、1m2mB测量小球开始释放高度h1mC测量抛出点距地面的高度HD分别找到、相碰后平均落地点的位置M、N1m2mE测量平抛射程OM，ON（3）若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_（用中测量的量表示） ；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为_（用中测量的量表示） 。2 / 14（4）经测定，=45.0 g，=7.5 g，小球落地点的平均位置距O点的距离如图所示。碰撞前、后的动量分别为与，则:=_；若碰撞结

3、束时的动量为，则:=_。实验结果表明，碰撞前、后总动量的比值为_。1m2m1m1p1p 1p1p 2m2p 1p 2p 112p pp（5）有同学认为，在上述实验中仅更换两个小球的材质，其它条件不变，可以使被碰小球做平抛运动的射程增大。请你用中已知的数据，分析和计算出被碰小球平抛运动射程ON的最大值为_cm。2m【答案】 （1）C （2）ADE 或 DEA 或 DAE （3） （4）14 2.9 11.01 （5）76.8121m OMmONmOP222 121m OMmONmOP【解析】验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易

4、的，但是通过落地高度不变情况下水平射程来体现速度，故答案是 C；实验时，先让入射球多次从斜轨上 S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量平抛射程OP。然后，把被碰小球静置于轨道的水平部分，再将入射球从斜轨上 S 位置静止释放，与小球相碰，并多次重复。测量平均落点的位置，找到平抛运动的水平位移，因此步骤中 D、E 是必须的，而且 D 要在 E 之前。至于用天平秤质量先后均可以所以答案是 ADE 或 DEA 或 DAE，设落地时间为 t，则；而动量守恒的表达式是，动能守恒的表达式是，所以若两球相碰前后的动量守恒，则成立，若碰撞是弹性碰撞，动能是守恒的，则有成立，碰撞前后动量之比：， ，

5、，发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，根据动量守恒的表达式是，动能守恒的表达式是联立解得，因此最大射程为。1m2m1m2m112OPOMONvvvttt ，1 11122mvmvm v 222 1 11122111 222mvmvm v 121m OMmONm OP3 / 14222 121m OMmONm OP1m1144.814 35.211POP POM112245.0 35.211 7.5 55.682.9PmOM PmON11121245 44.81.0145 35.27.5 55.68Pm OP PPm OMmON 1 11122m vmvm v 222 1 1112211122

6、2mvmvm v 1 21 122mvvmm 2 4544.8cm=76.8cm45 7.5S2 （2014新课标全国卷）利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（a）中，气垫导轨上有 A、B 两个滑块，滑块 A 右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块 B 左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块 A 质量 m1=0.310 kg，滑块 B 的质量 m2=0.108 kg，遮光片的宽度 d=1.00 cm；打点计时器所用的交流电的频率为 f=50 HZ。将光电门固定在滑块 B 的右侧，启动打点计时器

7、，给滑块 A 一向右的初速度，使它与B 相碰；碰后光电计时器显示的时间为，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。3.500 msBt若实验允许的相对误差绝对值最大为 5，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。00100()之之之之之之之 之之之总动 总动【答案】见解析设 B 在碰撞后的速度大小为 v2，由式有代入题所给的数据可得：v2=2.86 m/s 设两滑块在碰撞前后的动量分别为 p 和 p ，则p=m1v0 p=m2v1+m2v2 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为4 / 1400100rpp p 联立式并代入有关数据，可得： 00001 75.r=之因此，本实验在允

8、许的误差范围内验证了动量守恒定律。3关于“验证动量守恒定律”的实验，请完成下列的三个问题：（1）如图所示，在做“验证动量守恒定律”的实验时，实验必须要求满足的条件是：_。A斜槽轨道必须是光滑的B斜槽轨道末端的切线是水平的C入射球每次都要从同一高度由静止滚下D若入射小球质量为，被碰小球质量为，则1m2m1m2m（2）利用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。图中 O 点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球 m1 多次从斜轨上的 S 位置静止释放，找到其平均落地点的位置 P，测量出平抛的射程 OP。然后，把被碰小球 m2 静置于轨道的水平

9、部分，再将入射小球 m1 从斜轨上的 S 位置由静止释放，与小球 m2 相碰，并且多次重复。接下来要完成的必要步骤是_（填选项前的符号）。A用天平测量两个小球的质量 m1、m2B测量小球 m1 开始释放高度 hC测量抛出点距地面的高度 HD分别找到 m1、m2 相碰后平均落地点的位置 M、N5 / 14E测量平抛射程 OM，ON（3）若两个小球相碰前后的动量守恒，其表达式可以表示为_。利用（2）中所测量的物理量表示；若碰撞是弹性的碰撞，那么还应该满足的表达式应该为_。利用（2）中所测量的物理量表示。【答案】 （1）BCD （2）ADE 或 DEA 或 DAE （3）m1OM+m2ON=m1OP

10、 m1OM2+m2ON2=m1OP2【解析】碰撞瞬间动量守恒，之后两个小球均做平抛运动，不需要斜槽末端光滑，由系统前后动量守恒，需要测量出两球质量和速度，速度的测量是根据平抛运动的时间相等，水平方向匀速运动，利用水平位移替换速度的， ， ，即 m1OM+m2ON=m1OP，若弹性碰撞，则能量守恒，有，即m1OM2+m2ON2=m1OP2。1 11 22 3mvmvm v112OPOMONmmmttt222 1 11 22 3111 222mvmvm v4用如图所示的装置进行“验证动量守恒定律”的实验：先测出可视为质点的两滑块 A、B 的质量分别为 m、M 及滑块与桌面间的动摩擦因数 。用细线将

11、滑块 A、B 连接，使 A、B 间的轻质短弹簧处于压缩状态，滑块B 恰好紧靠桌边。剪断细线，测出滑块 B 做平拋运动的水平位移 x1，滑块 A 沿水平桌面滑行距离为 x2（未滑出桌面） 。为验证动量守恒定律，写出还需测量的物理量及表示它们的字母_；如果动量守恒，需要满足的关系式为6 / 14_。【答案】桌面离地高度 h Mx1=m1 2h22 x5气垫导轨是常用的一种实验仪器，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 的气垫导轨和滑块 A 和 B 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）

12、，采用的实验步骤如下：a用天平分别测出滑块 A、B 的质量 mA、mBb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 A 的左端至挡板 C 的距离 L1e按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块 A、B 运动时间的计时器开始工作，当 A、B 滑块分别碰撞挡板 C、D 时计时结束，记下 A、B 分别到达C、D 的运动时间 t1 和 t2（1）实验中还应测量的物理量及其符号是_。（2）利用上述测量的实验数据，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，产生误差的原因有_（至少答出两点） 。

13、【答案】 （1）B 的右端至挡板 D 的距离，符号为 L2 （2）mA=mB L1、L2、t1、t2、mA、mB 的数据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块的7 / 14加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；气垫导轨不完全水平（任写两点即可）11L t22L t【解析】A、B 两滑块被压缩的弹簧弹开后，在气垫导轨上运动时可视为匀速运动，因此只要测出 A 与 C 的距离 L1、B 与 D 的距离 L2 及 A 到 C、B 到D 的时间 t1 和 t2，测出两滑块的质量，就可以用 mA=mB 验证动量是否守恒。11L t22L t（1）实验中还应测量的物理量为 B 的右端至

14、挡板 D 的距离，符号为 L2。（2）验证动量守恒定律的表达式是 mA=mB。11L t22L t产生误差的原因：L1、L2、t1、t2、mA、mB 的数据测量误差；没有考虑弹簧推动滑块的加速过程；滑块并不是做标准的匀速直线运动，滑块与导轨间有少许摩擦力；气垫导轨不完全水平。6用如图所示装置通过半径相同的 A、B 两球（质量分别为 mA、mB）的碰撞来验证动量守恒定律。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，

15、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，得到如图所示的三个落点。用刻度尺分别测量三个落点的平均位置离 O 点的距离，即线段 OM、OP、ON 的长度。8 / 14（1）两小球的质量关系应为 mA_mB?（选填“大于” “小于”或“等于” ）（2）碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出 N 是_球的落点，P 是_球的落点。（3）用题中的字母写出动量守恒定律的表达式_。【答案】 （1）大于 （2）B A （3）AABmOPmOMmON7如图 1 所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，

16、在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置 O。接下来的实验步骤如下：步骤 1：不放小球 2，让小球 1 从斜槽上 A 点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置；步骤 2：把小球 2 放在斜槽前端边缘位置 B，让小球 1 从 A 点由静止滚下，使它们碰撞，重复多次，并使用与步骤 1 同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置；步骤 3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置 M、P、N 离 O 点的距离，即线段 OM、OP、ON 的长度。（1）对于上述实验操作，下列说法正确的是_。A应使小球每次从斜槽上相同的位置

17、自由滚下B斜槽轨道必须光滑9 / 14C斜槽轨道末端必须水平D小球 1 质量应大于小球 2 的质量（2）上述实验除需测量线段 OM、OP、ON 的长度外，还需要测量的物理量有_。AA、B 两点间的高度差 h1BB 点离地面的高度 h2C小球 1 和小球 2 的质量 m1、m2D小球 1 和小球 2 的半径 r（3）当所测物理量满足表达式_（用所测物理量的字母表示（）时，即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。如果还满足表达式_（用所测物理量的字母表示）时，即说明两球碰撞是弹性碰撞。（4）完成上述实验后，某实验小组对上述装置进行了改造，如图 2 所示。在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面，斜面的顶点与

18、水平槽等高且无缝连接。使小球 1 仍从斜槽上 A 点由静止滚下，重复实验步骤1 和 2 的操作，得到两球落在斜面上的平均落点 M、P、N。用刻度尺测量斜面顶点到 M、P、N三点的距离分别为l1，l2、l3。则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_（用所测物理量的字母表示） 。【答案】 （1）ACD （2）C （3）m1OP=m1OM+m2ON m1(OP)2=m1(OM)2+m2(ON)2（4）m1=m1+m22l1l3l【解析】 （1）为了保证每次碰撞速度相同，应使小球每次从斜槽上相同的10 / 14位置自由滚下，A 正确；小球每次从轨道上滑落过程中我们只需要得到相同的碰撞速度，实验过程中摩

19、擦力的存在与否，对我们研究实验没有影响，故不需要保证斜槽轨道必须光滑，B 错误；我们研究的是水平方向上的碰撞，所以斜槽轨道末端必须水平，C 正确；为了防止入射小球反弹，所以小球 1质量应大于小球 2 的质量，D 正确；（2）小球飞出后做平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，所以不放小球 2 时，小球 1 的速度，放了小球 2 后，小球 1 的速度为，小球 2 获得的速度为，故需要验证，即，故需要测量两小球的质量，C 正确；0OPvt1OMvt2ONvt112OPOMONmmmttt112=m OP m OMm ON（3）当所测物理量满足表达式，说明两球碰撞遵守动量守恒定律，由功能关系可知，只要

20、成立则机械能守恒，即如果满足，则两球碰撞时无机械能损失。112=m OP m OMmON222 1 01 122111=222mvmvm v222 112=m OPmOMmON+8用如图所示装置来验证动量守恒定律，质量为的钢球 B 放在小支柱 N 上，球心离地面高度为 H；质量为的钢球 A 用细线栓好悬挂于 O 点，当细线被拉直时 O 点到球心的距离为 L，且细线与竖直线之间夹角为 ；A 球由静止释放，摆到最低点时恰与 B 球发生正碰，碰撞后，A 球继续向左摆动，细线与竖直线的最大夹角为 ，B 球落到地面上，地面上铺有一张盖有复写纸的白纸 D，用来记录 B 球的落点。BmAm（1）让 A 球摆

21、到最低点时恰与 B 球发生正碰，这是为了_。（2）用图中所示各个物理量的符号表示碰撞前后 A、B 两球的动量（设A、B 两球的碰前动量分别为 pA、pB；碰后动量分别为 pA、pB，11 / 14则：pA=_；pA=_；pB=_；pB=_。【答案】 （1）使 B 球正碰后做平抛运动 （2） 0 21 cosAmgL21 cosmgL22Bm sgHH9某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨

22、上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。（1）下面是实验的主要步骤：安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；向气垫导轨通入压缩空气；把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块 1 的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；使滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块 2 放在气垫导轨的中间；先_，然后_，让滑块带动纸带一起运动；取下纸带，重复步骤，选出理想的纸带如图（b）所示；测得滑块 1 的质量 310 g，滑块 2（包括橡皮泥）的质量为 205 g。12 / 14试完善实验步骤的内

23、容。（2）已知打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为_kgm/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为_kgm/s（保留三位有效数字） 。（3）试说明（2）中两结果不完全相等的主要原因是_。【答案】 （1）接通打点计时器的电源 放开滑块 1 （2）0.620 0.618 （3）纸带与打点计时器限位孔有摩擦【解析】作用前系统的总动量为滑块 1 的动量 p0=m1v0。v0=2 m/s，p0=0.312=0.620 kgm/s作用后系统的总动量为滑块 1 和滑块 2的动量和，且此时两滑块具有相同的速度 v，v=1.2 m/s，p=(m1+m2)v=(0.310

24、+0.205)1.2=0.618 kgm/s。1 . 0 2 . 014. 0168. 010两位同学用如图所示装置，通过半径相同的 A、B 两球的碰撞来验证动量守恒定律。（1）实验中必须满足的条件是_。A斜槽轨道尽量光滑以减小误差B斜槽轨道末端的切线必须水平C入射球 A 每次必须从轨道的同一位置由静止滚下D两球的质量必须相等（2）测量所得入射球 A 的质量为 mA，被碰撞小球 B 的质量为 mB，图中 O点是小球抛出点在水平地面上的垂直投影，实验时，先让入射球 A 从斜轨上的起始位置由静止释放，找到其平均落点的位置 P，测得平抛13 / 14射程为 OP；再将入射球 A 从斜轨上起始位置由静

25、止释放，与小球 B相撞，分别找到球 A 和球 B 相撞后的平均落点 M、N，测得平抛射程分别为 OM 和 ON。当所测物理量满足表达式_时，即说明两球碰撞中动量守恒；如果满足表达式_时，则说明两球的碰撞为完全弹性碰撞。（3）乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图所示，将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上，用来记录实验中球 A、球B 与木条的撞击点。实验时，首先将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触，让入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放，撞击点为B；然后将木条平移到图中所示位置，入射球 A 从斜轨上起始位置由静止释放，确定其撞击点 P；再将入射球 A 从斜轨上起始位置由静止

26、释放，与球 B 相撞，确定球 A 和球 B 相撞后的撞击点分别为 M和 N。测得 B与 N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3。若所测物理量满足表达式_时，则说明球A 和球 B 碰撞中动量守恒。【答案】 （1）BC （2）mAOP=mAOM+mBON mAOP2=mAOM2+mBON2 （3）131AABmmm hhh（3）小球做平抛运动，在竖直方向上：h=gt2，平抛运动时间：t=，设轨道末端到木条的水平位置为 x，小球做平抛运动的初速度：vA=，vA=，vB=，如果碰撞过程动量守恒，则：mAvA=mAvA+mBvB，将速度代入动量守恒表达14 / 14式解得：。1 22h g22x h g32x h g32x h g131AABmmm hhh