2016-2017学年高中物理 全一册粤教版选修3-5_20

1 实验 验证动量守恒定律 1.如图所示，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，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 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自由滚下 B斜槽轨道必须光滑 C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 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_ A A、 B 两点间的高度差 h1， B B 点离地面的高度 h2 C小球 1 和小球 2 的质量 m1、 m2 D小球 1 和小球 2 的半径 r 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，即说明两球碰撞时无机械能损失 解析：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 2 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；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 v0 ，放了小球 2 后，小 球 1 的速度为 v1 ，小球 2 获得的速度为 v2 ，故需要验证 m1 m1 m2 ，即 m1 m1 m2 ，故需要测量两小球的质量，C 正确；当所测物理量满 OP OM ON 足表达式 m1 m1 m2 ，说明两球碰撞遵守动量守恒定律，由功能关系可知， OP OM ON 只要 m1v m1v m2v 成立则机械能守恒，即若满足 m1( )2 m1( )2 m2( ) 12 20 12 21 12 2 OP OM ON 2，则两球碰撞时无机械能损失 答案：ACD C m1 m1OM m2ON OP m1( )2 m1( )2 m2( )2 OP OM ON 2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现用带竖直挡板 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(弹簧的长度忽略不计)，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、 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 A 的左端至 C 板的距离 L1. 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 A、 B 分别到达 C、 D 的运动时间 t1和 t2. 实验中还应测量的物理量是_ 利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是 _ 被压缩弹簧的弹性势能的表达式为_ 解析：(1)还应测量出 B 的右端至 D 板的距离 L2，这样才能算出 B 的速度 (2)A 滑块的速度 vA ，同样 B 滑块的速度 vB ， L1t1 L2t2 因此 mAvA mBvB0，用已知量代入就是 3 mA mB 0. L1t1 L2t2 (3)弹性势能就等于 A、 B 两个滑块的动能， 即 Ep mAv mBv . 12 2A 12 2B 12 答案： B 的右端至 D 板的距离 L2 mA mB 0 L1t1 L2t2 Ep 12 3某同学用如图(a)所示的装置通过半径相同的 A、 B 两球的碰撞来探究碰撞中的守恒 量，图中 PQ 是斜槽， 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，图(a)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(b)，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 图(a) 图(b) (1)除了图中器材外，实验室还备有下列器材，完成本实验还需要用到的器材有 _(填选项号) A秒表 B天平 C毫米刻度尺 D打点计时器(及电源和纸带) E圆规 F弹簧测力计 G游标卡尺 (2)从图(b)可以测出碰撞后 B 球的水平射程应取为_cm. (3)在以下选项中，_是本次实验必须进行的测量(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 G 点相对于水平槽面的高度 解析：(1)利用天平测量小球质量，利用刻度尺测量落点距离，利用圆规找到圆心 4 (2)距离为 O 点到落点圆心间的距离 (3)ABD 答案：(1)BCE (2)64.7(填 64.2 cm65.2 cm 之间均可) (3)ABD 4某同学用如图 所示装置来验证动量守恒定律，实验时先让 a 球从斜槽轨道上某固 定点处由静止开始滚下，在水平地面上的记 录纸上留下痕迹，重复 10 次；然后再把 b 球 放在斜槽轨道末端的最右端附近静止，让 a 球仍从原固定点由静止开始滚下，和 b 球相碰 后，两球分别落在记录纸的不同位置处，重复 10 次回答下列问题： (1)在安装实验器材时斜槽的末端应_ (2)小球 a、 b 质量 ma、 mb的大小关系应满足 ma_mb，两球的半径应满足 ra_rb(选填“” “0，即 ma mb0，所以 mamb. 12 20 12 21 12 2 ma mbma mb (3)是同时落地，碰撞后两小球做平抛运动，高度相同，所以运动时间相同，如果不同， 5 则不能用水平位移代替碰撞后的速度，对实验结果有影响； a 小球和 b 小球相撞后， b 小球 的速度增大， a 小球的速度减小，所以碰撞后 a 球的落地点距离 O 点最近， b 小球离 O 点最 远，中间一个点是未放 b 球时 a 的落地点，所以相碰后，小球 a、 b 的平均落点位置依次是 图中 A、 C 点 (4)B 为碰前入射小球落点的位置， A 为碰后入射小球的位置， C 为碰后被碰小球的位 置，碰撞前入射小球的速度 v1 碰撞后入射小球的速度 v2 .碰撞后被碰小球的速 度 v3 ，若 mav1 mbv3 mav2，则表明通过该实验验证了两球碰撞过程中动量守恒，代 入数据得： ma ma mb ，B 正确 OB OA OC (5) . p1p 1 m1v1m1v 1 44.8035.20 1411 发生弹性碰撞时，被碰小球获得速度最大，根据动量守恒定律： m1v1 m1v 1 m2v 2. 根据机械能守恒定律： m1v m1v m2v 12 21 12 21 12 2 由以上两式解 得 v 2 v1， 2m1m1 m2 因此最大射程为： sm 44.8 cm76.8 cm. 2m1m1 m2 OB 24545 7.5 答案：(1)处于水平切线处 (2) (3) A C (4)B (5) 76.8 1411 5某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验，在小车 A 的前端黏有橡 皮泥，设法使小车 A 做匀速直线运动，然后与原来静止的小车 B 相碰并黏在一起，继续做 匀速运动，设计如图甲所示，在小车 A 的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为 50 Hz，长木板下垫着小木片用以平 衡摩擦力 甲 乙 (1)若已得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间的距离在图上标出 A 为运动起始 的点，则应选_段来计算 A 碰前的速度，应选_段来计算 A 和 B 碰后的共同 6 速度 (2)已测得小车 A 的质量 mA0.40 kg，小车 B 的质量 mB0.20 kg，则由以上结果可 得碰前总动量_kgm/s，碰后总动量_kgm/s.得到的结论是 _(计算结果保留三位有效数字) 解析：(1)由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于碰撞之前 A 独自运动的速度，故 AC 应在碰撞之前， DE 应在碰撞之后 推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相 同时间内通过的位移相同，故 BC 段为匀速运动的阶段，故选 BC 段计算碰前的速度；碰撞 过程是一个变速运动的过程，而 A 和 B 碰后共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间 内 通过相同的位移，故应选 DE