2021高考物理一轮复习实验八验证动量守恒定律练习含解析鲁科版

1、实验八 验证动量守恒定律1.(2020年山东新高考模拟)2019年9月,我国成功完成了76 km/h高速下列车实车对撞实验,标志着我国高速列车被动安全技术达到了世界领先水平。某学习小组受此启发,设计了如下碰撞实验,探究其中的能量损耗问题,实验装置如图甲所示。实验准备了质量分别为0.20 kg、0.20 kg、0.40 kg的滑块a、b、c,滑块a右侧带有自动锁扣,左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连,滑块b、c左侧均带有自动锁扣,打点计时器的电源频率f=50 hz。调整好实验装置后,在水平气垫导轨上放置a、b两个滑块,启动打点计时器,使滑块a以某一速度与静止的滑块b相碰并粘合在一起运动,纸

2、带记录的数据如图乙所示;用滑块c替代滑块b,重复上述实验过程,纸带数据如图丙所示。根据纸带记录的数据,滑块a与b碰撞过程系统损失的动能为_j,滑块a与c碰撞过程系统损失的动能为_j(计算结果均保留2位有效数字)。根据实验结果可知,被碰物体质量增大,系统损失的动能_(选填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】由纸带可得出a与b碰撞前的速度为(6.00+6.01+6.02+6.03)10-2m41f;碰撞后的速度为(2.97+2.98+2.99+3.00) 10-2m41f;则可计算出碰前系统总动能e=0.90 j,碰后系统的总动能e=0.45 j,可得碰撞过程中系统损失的动能为0.45 j;同理

3、可计算出,a与c碰撞过程中损失的动能为0.60 j;由计算结果可知,被碰物体质量增大,系统损失的动能增大。答案:0.450.60增大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。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:用天平分别测出滑块a、b的质量ma、mb。调整气垫导轨,使导轨处于水平。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。用刻度尺测出a的左端至c板的距离l1。按下电钮放开卡销,同时使

4、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。(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_,式子中算得的a、b两滑块的动量大小并不完全相等,产生误差的原因是_。(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:_。【解析】(1)验证动量守恒,需要知道物体的运动速度,在已经知道运动时间的前提下,需要测量运动物体的位移,即需要测量的量是b的右端至d板的距离l2。(2)由于运动前两物体是静止的,故总动量为零,运动后两物体是向相反方向运动的,

5、设向左运动为正,则有mava-mbvb=0,即mal1t1-mbl2t2=0。造成误差的原因:一是测量本身就存在误差,如测量质量、时间、距离等存在误差;二是空气阻力或者是导轨不是水平的等。(3)根据能量守恒知,两运动物体获得的动能就是弹簧的弹性势能。故有ep=12(mal12t12+mbl22t22)。答案:(1)b的右端至d板的距离l2(2)mal1t1-mbl2t2=0原因见解析(3)能,ep=12(mal12t12+mbl22t22)3.如图为验证动量守恒定律的实验装置,实验中选取两个半径相同、质量不等的小球,按下面步骤进行实验:用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2; 安装实验装置,

6、将斜槽ab固定在桌边,使槽的末端切线水平,再将一斜面bc连接在斜槽末端;先不放小球m2,让小球m1从斜槽顶端a处由静止释放,标记小球在斜面上的落点位置p;将小球m2放在斜槽末端b处,仍让小球m1从斜槽顶端a处由静止释放,两球发生碰撞, 分别标记小球m1、m2在斜面上的落点位置;用毫米刻度尺测出各落点位置到斜槽末端b的距离。图中从m、p、n点是实验过程中记下的小球在斜面上的三个落点位置,从m、p、n到b点的距离分别为sm、sp、sn。依据上述实验步骤,请回答下面问题:(1)两小球的质量m1、m2应满足m1_(选填“”“=”或“m2。(2)要验证动量守恒定律,需测量小球的质量和三个落点到b点的距离

7、。故提供的测量工具中必需的是a、c。(3)碰撞前,小球m1落在图中的p点,设其水平初速度为v1。小球m1、m2发生碰撞后,m1的落点在图中的m点,设其水平初速度为v1,m2的落点在图中的n点,设其水平初速度为v2。设斜面与水平面间的倾角为,由平抛运动规律得:smsin=12gt2、smcos=v1t,解得:v1=gsmcos22sin,同理可得:v1=gspcos22sin、v2=gsncos22sin只要满足m1v1+0=m1v1+m2v2即m1sp=m1sm+m2sn,就可以说明两球碰撞前后动量是守恒的。答案:(1)(2)a、c(3)m1sp=m1sm+m2sn4.在验证动量守恒定律实验中

8、,实验装置如图所示,a、b是两个半径相等的小球,按照以下步骤进行操作:在平木板表面钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于紧靠槽口处,将小球a从斜槽轨道上固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹o;将木板水平向右移动一定距离并固定,再将小球a从固定点处由静止释放,撞到木板上得到痕迹b;把小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球a仍从固定点处由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上得到痕迹a和c。(1)若碰撞过程中没有机械能损失,为了保证在碰撞过程中a球不反弹,a、b两球的质量m1、m2间的关系是m1_m2。(选填“”“=”或“m2;小球平抛运动的时间t=2hg,则初速度v=xt=xg2h,显然平抛运动的初速度与下降高度二次方根的倒数成正比