河北省高考物理二轮复习 实验专题训练 验证动量守恒定律.doc

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】a2.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】a3.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、m2，两木块的水平射程x1、x2（3）m1x1=m2x24.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）c5.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；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12.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.【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), =mbgh1. 设碰撞前、后两摆球的总动量的大小分别为p1、p2.有p1=mbvb. 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的要求是ma_mb(填“”、“”或“”). 为了能用op长度表示球a的初速度, om和on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, mamb; 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maopmaommbon8. 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, 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1426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求得碰撞前后的速度. 碰前甲的速度为v11.2 cm/0.02 s0.6 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: 0.600.39完全非弹性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, 两者水平位移分别为s1v1t1, s2v2t2, 又t1t2, 若要验证m1v1m2v2, 只需验证m1s1m2s2.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)m1s1m2s210. 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pmv, 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0.2abs1和0.2abs3, 总动量大小为av1av20.2ab(s1s3); 碰撞后两滑块的总动量大小为2av2as2/(5t)0.4abs2.答案: 0.2abs30.2abs1(第1、2空答案可互换)0.2ab(s1s3)0. 4abs211. 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, 继续做匀速运动. 他设计的装置如图 (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m10.4 kg, 小车b的质量m20.2 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v0 m/s1.050 m/s小车a在碰撞前动量大小为p0mav00.41.050 kgm/s0.420 kgm/s碰撞后a、b共同速度大小为v m/s0.695 m/s碰撞后a、b的总动量大小为p(mamb)v(0.20.4)0.695 kgm/s0.417 kgm/s.答案: (1)bcde(2)0.4200.41712.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_. (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2m12m1m2答案: (1)弹性球1、2的质量m1、m2立柱高h桌面高h(2)2m12m1m213.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mb1.5ma, 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),