高考物理100考点最新模拟题千题精练专题7.18验证动量守恒定律（提高篇）（含解析）.docx

专题7.18 验证动量守恒定律（提高篇）1(7分)（2019安徽合肥三模）为了验证动量守恒定律，某实验小组选取两个材质相同而质量不同的滑块A和B，并按下述步骤进行了实验：在A、B的相撞面分别粘上橡皮泥，便于二者相撞后连成一体；实验装置如图甲所示，铝质导轨槽固定在水平桌面上，其倾斜段的右端和水平段的左端由一小段圆弧连接，在导轨槽的侧面且与水平导轨等高处安装一台数码频闪照相机；将滑块B静置于槽的水平段某处，滑块A由槽的倾斜段适当位置静止释放，同时开始频闪拍摄，直至两滑块停止运动，得到一幅多次曝光的照片；多次重复步骤，得到多幅照片，挑选其中最理想的一幅，打印出来，将刻度尺紧靠照片放置，如图乙所示（图中只显示滑块A）。请对上述操作进行分析并回答以下问题：（1）分析图乙可知，A、B滑块碰撞发生的位置是_（选填P5、P6或P7）；（2）为了验证碰撞中动量是否守恒，必须直接测量或读取的物理量是_；AA、B两滑块的质量m1和m2B滑块A释放时距桌面的高度C频闪照相的周期D照片尺寸和实际尺寸的比例E照片上测得的S34、S45和S56、S67F照片上测得的S45、S56和S67、S78G滑块与导轨间的动摩擦因数（3）此实验验证动量守恒的表达式为_ _。【参考答案】（1）P6（2分）（2）A、F（2分）（3）m1 =（m1+ m2）（3分）【命题意图】本题采用频闪照片的方法，考查验证动量守恒定律实验及其相关知识点。【实验攻略】（1）分析左右两端频闪照片间隔的差异，确定A、B滑块碰撞发生的位置。（2）通过分析得出必须直接测量或读取的物理量。（3）迁移匀变速直线运动纸带上处理实验数据的方法，得出A、B两滑块碰撞前后的速度，利用动量守恒定律得出此实验验证动量守恒的表达式。【解题思路】（1）由于P6位置左侧频闪照片间隔均匀减小（相邻两频闪照片之间的位移差为3.0mm），P6位置右侧频闪照片间隔均匀减小（相邻两频闪照片之间的位移差为2.0mm），所以A、B滑块碰撞发生的位置是P6。（2）根据动量守恒定律，为了验证碰撞中动量是否守恒，必须直接测量A、B两滑块的质量m1和m2，A、B两滑块碰撞前后的速度。根据做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知只需要测量照片上s45、s56和s67、s78。选项AF正确。（3）根据做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可知滑块A滑至位置P5时的速度v5=，由x=aT2可得碰撞前A滑块的加速度a1=，碰撞前A滑块的速度vA= v5+a1T=+T=；碰撞后滑块AB滑至位置P7时的速度v7=，碰撞后滑块AB的加速度a2=，碰撞后AB滑块的速度vAB= v7-a1T=-T=；此实验验证动量守恒的表达式为：m1vA= （m1+ m2）vAB，即m1=（m1+ m2），方程两边消去T可得，m1 =（m1+ m2），所以此实验验证动量守恒的表达式为：m1 =（m1+ m2）。2（2019湖南衡阳三模）某实验小组利用如图甲所示的实验装置验证动量守恒定律。实验的主要步如下（1）用螺旋测微器测量小球A、B的直径d，其示数如图乙所示，则直d mm用天平测得球A、B的质量分别为m1、m2（2）用两条细线分别将大小相同的球A、B悬推于同一水平高度、且自然下垂时两球恰好相切，球心位于同一水平线上（3）将球A向左拉起使其悬线与竖直方向的夹角为时由静止择放，与求B碰撞后，测得球A向左摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为，球B向右摆到最高点时其悬线与竖直方向的夹角为（4）若两球碰撞前后动量守恒，则其表达式为 ；若磁撞是弹性碰撞，则还应满足的表达式为 （用量的物屋量表示）【参考答案】（1）10.800；（4）；m1cos m1cos 1m2（1cos 2）【名师解析】（1）小球A、B的直径：d10.5mm+0.0130.0mm10.800mm，（4）小球A下摆过程只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律得：，碰撞后，对AB两球分别根据机械能守恒定律得：，若两球碰撞前后的动量守恒，则满足：m1v1m1v1+m2v2，联立以上四式得：若碰撞是弹性碰撞，则碰撞过程中机械能守恒，则有：解得：m1cos m1cos 1m2（1cos 2）3（4分）（2019浙江绿色联盟模拟）用如图甲所示装置结合频闪照相机拍摄的照片来验证动量守恒定律，实验步骤如下：用天平测出A、B两个小球的质量mA和mB；安装好实验装置，使斜槽的末端所在的平面保持水平；先不在斜槽的末端放小球B，从斜槽上位置P由静止开始释放小球A，小球A离开斜槽后，频闪照相机连续拍摄小球A的两位置（如图乙所示）；将小球B放在斜槽的末端，再从位置P处由静止释放小球A，使它们碰撞，频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置（如图丙所示）；测出所需要的物理量。请回答：（1）实验中A、B的两球质量应满足mAmB（填“”、“”或“”）（2）在步骤中，需要在照片中直接测量的物理量有x0、xA、xB（请选填“x0、y0、xA、yA、xB、yB”）（3）两球在碰撞过程中若动量守恒，满足的方程是：mAx0mAxA+mBxB；两球发生的是弹性正碰，则还应满足的方程是：mAx02mAxA2+mBxB2（用所测物理量表示）【思路分析】（1）明确实验原理，知道两小球只能向右平抛出去才能进行验证，故入射球不能反弹；（2）根据碰撞时的动量守恒定律表达式，结合平抛规律推导出动量守恒的表达式，从而将难以测量的速度转化为容易测量的落地水平位移。（3）根据动量守恒定律与根据机械能守恒定律求出弹性碰撞的表达式。【名师解析】（1）为了防止入射球碰后反弹，入射球的质量要大于被碰球的质量，即mAmB；（2）碰撞时应有：mAv0mAvA+mBvB由平抛规律有xvt，小球从相同高度落下，故时间相等，上式中两边同乘以t，则有：mAx0mAxA+mBxB，所以需要在照片中直接测量的物理量有，x0、xA、xB（3）由（2）的分析可知，应验证的表达式为：mAx0mAxA+mBxB；如果碰撞为弹性碰撞，机械能守恒，由机械能守恒定律得：整理得：mAx02mAxA2+mBxB2；【参考答案】：（1）；（2）x0、xA、xB（3）mAx0mAxA+mBxB；mAx02mAxA2+mBxB2。【点评】本题考查验证动量守恒定律的实验，要注意明确实验原理，知道如何利用平抛运动将难以测量的碰后的速度转化为可以直接测量的水平位移的方法。4气垫导轨上有A、B两个滑块，开始时两个滑块静止，它们之间有一根被压缩的轻质弹簧，滑块间用绳子连接(如图甲所示)，绳子烧断后，两个滑块向相反方向运动，图乙为它们运动过程的频闪照片，频闪的频率为10 Hz，由图可知：(1)A、B离开弹簧后，应该做_运动，已知滑块A、B的质量分别为200 g、300 g，根据照片记录的信息，从图中可以看出闪光照片有明显与事实不相符合的地方是_。(2)若不计此失误，分开后，A的动量大小为_ kgm/s，B的动量的大小为_ kgm/s。本实验中得出“在实验误差允许范围内，两滑块组成的系统动量守恒”这一结论的依据是_。【参考答案】（1）匀速直线；滑块应该有加速过程，然后再匀速运动；（2）0.018；0.018；A、B的动量始终大小相等方向相反 【名师解析】（1）A、B离开弹簧后，应该做匀速直线运动；烧断细线后，在弹簧恢复原长的过程中，应先做加速运动，当弹簧恢复原长后，滑块做匀速直线运动，由图中闪光照片可知，滑块直接做匀速直线运动，没有加速过程，与事实不符（2）频闪照相的时间间隔T=1/f=1/10s =0.1s，滑块A的速度vA=xA/T=0.09m/s，滑块B的速度vB=xB/T=0.06m/s， A的动量pA=mAvA=0.200kg0.09m/s=0.018kgm/s，B的动量pB=mBvB=0.300kg0.06m/s=0.018kgm/s由此可见A、B的动量大小相等、方向相反，它们的总动量为零，与释放前的动量相等，因此系统动量守恒5.用如题图所示装置来验证动量守恒定律，质量为mB的钢球B放在小支柱上，球心离地面高度为H；质量为mA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的夹角为，A球由静止释放，摆到最低点时恰与B球发生对心正碰，碰撞后，A球把轻质指示针C竖直位置推移到与竖直线夹角为处，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，测得B球的水平射程为S。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两球碰撞前的动量分别为pA、pB，碰撞后的动量分别为pA、pB），则：pA = ；pA= ；pB= ；pB= 。请你提出两条提高实验精度的建议： ； 。【参考答案】：. 0 为消除偶然误差，让A球多次从同一位置摆下，求B球落点的平均位置；为了较精确测量角，角取值不要太小；由于实验不计空气阻力，所以A、B两球质量不要太小；A球质量要比B球质量大。（答出任意两条即可得2分）【名师解析】碰撞前小球由摆角处向下摆动，机械能守恒，mAv2=mAgL(1-cos)，碰撞前小球A的速度v= ，碰撞前小球A的动量pA= mAv= mA；碰撞后小球A摆动到最大摆角为处，由mvA2=mAgL(1-cos)得碰撞后小球A的速度vA=，碰撞后小球A的动量pA= mAvA= mA； 碰撞后小球B做平抛运动，由S=vBt，H=gt2得vB=，碰撞后小球B的动量pB= mBvB=。为消除偶然误差，让A球多次从同一位置摆下，求B球落点的平均位置；为了较精确测量角，角取值不要太小；由于实验不计空气阻力，所以A、B两球质量不要太小；A球质量要比B球质量大。6.如图所示，已知A、B两物体的质量关系为mB=1.5mA，拍摄共进行了四次。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（闪光时间间隔为0.4s），分析得出： (1)A滑块碰撞前的速度vA= ；B滑块碰撞前的速度vB= 。A滑块碰撞前的速度vA= ；B滑块碰撞前的速度vB= 。 (2)根据闪光照片分析说明碰撞发生位置在刻度尺 cm刻度处。（3）根据闪光照片分析得出两滑块碰撞前两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是 ；（以mA表示）两滑块碰撞前两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是 （以mA表示）。【参考答案】（1）0 1.00m/s 0.75m/s 0.50m/s （2）30 （3）1.5mA 1.5mA【名师解析】闪光时间间隔为T=0.4s。由图分析可知： 碰撞后B物体在一个闪光时间间隔内从40cm刻度运动到60cm刻度处，移动距离为sB=60cm -40cm=20cm=0.20m，B物体速度vB= =0.50m/s。碰撞后A物体在一个闪光时间间隔内从45cm刻度运动到75cm刻度，移动距离为sA=75cm -45cm=30cm=0.30m，A物体速度vA=0.75m/s。从发生碰撞到第二次拍摄照片，A从30cm刻度运动到45cm刻度，运动距离sA=45cm -30cm=15cm=0.15m，运动的时间是t1= =0.2s。由此可知：从拍摄第一次照片到发生碰撞的时间为t2=(0.4-0.2)s=0.2 s，所以发生碰撞时A物体在30cm刻度处，速度vA=0。从拍摄第一次照片到发生碰撞B物体从10cm刻度运动到30cm刻度，运动距离sB=30cm-10cm=20cm=0.20m。碰撞前B物体的速度为vB= =1.00m/s。(2)碰撞前：mAvA+mBvB=1.5mA碰撞后：mAvA+mBvB=0.75mA+0.75mA=1.5mA所以mAvA+mBvB=mAvA+mBvB，即碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不变量。7.两位同学用如图甲所示装置，通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。MPNOAB图甲甲同学测量所得入射球A的质量为mA，被碰撞小球B的质量为mB，图甲中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，测得平抛射程为OP；再将入射球A从斜轨上起始位置由静止释放，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。图乙NBP木条ABMOh1h2h3乙同学也用上述两球进行实验，但将实验装置进行了改装：如图乙所示，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。【参考答案】.mAOP= mAOM+ mBON；OP+OM=ON =+ 【名师解析】根据平抛运动小球飞行时间相同，可以采用位移替代小球速度，由动量守恒定律可知，当所测物理量满足表达式mAOP= mAOM+ mBON时，即说明两球碰撞中动量守恒。若两球的碰撞为完全弹性碰撞，则需要满足：mA（OP）2= mA（OM