14验证动量守恒定律的创新型实验-高考冲刺100天力学实验精准突破(解析版)

1、14验证动量守恒定律的创新型实验-高考冲刺100天力学实验精准突破1某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置进行验证动量守恒定律的实验。光滑的水平平台上的A点放置一个光电门。实验步骤如下：A在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片；B用天平分别测得小滑块a（含挡光片）和小球b的质量为；C将a和b间用细线连接，中间夹一被压缩了的水平轻短弹簧，静止放置在平台上；D细线烧断后，a、b被弹开，向相反方向运动；E记录滑块a离开弹簧后通过光电门时挡光片的遮光时间t；F小球b离开弹簧后从平台边缘飞出，落在水平地面的B点，测出平台距水平地面的高度h及B点与平台边缘铅垂线之间的水平距离；G改变弹簧压缩量，进行多次实验。

2、(1)用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度_mm；(2)若在误差允许范围内，满足_，则a、b与弹簧作用过程中系统动量守恒。（用上述实验所涉及物理量的字母表示，重力加速度为g）【答案】:3.704（3.7043.706均可） 【解析】：(1)螺旋测微器的读数是主尺上的读数和游标尺上的读数的和，由题图乙可以求得挡光片的宽度。(2)烧断细线后，小滑块a与小球b被弹簧弹开，小滑块a获得的动量与小球b获得的动量大小相等、方向相反，而小滑块a通过光电门的速度小滑块a获得的动量小球b做平抛运动，竖直方向上，根据运动学公式可得解得所以速度弹开后小球b获得的动量。2如图所示，利用此装置验证动

3、量守恒定律。水平气垫导轨（轨道与滑块间摩擦力忽略不计）上装有两个光电计时装置C和D，可记录遮光片的遮光时间。将滑块A、B静止放在导轨上，按照如下步骤进行试验：a.测量滑块A的质量，测量滑块B的质量b.测量滑块A的遮光片的宽度dc.给滑块A一个向右的瞬时冲量，让滑块A与静止的滑块B发生碰撞后，A、B一起通过光电计时装置Dd.待A、B完全通过光电计时装置D后用手分别按住e.记录光电计时装置C显示的时间和装置D显示的时间(1)完成上述实验步骤需要的实验器材有_。(2)若两滑块碰撞前后的动量守恒，其表达式可表示为_；两滑块碰撞过程中损失的机械能为_。【答案】：托盘天平（带砝码）、刻度尺（或游标卡尺）

4、【解析】：(1)根据题目中实验的步骤，结合实验的原理可知，还没有测量的物理量为滑块的质量以及遮光片的宽度，所以需要的实验器材为托盘天平（带砝码）、刻度尺（或游标卡尺）；(2)若两滑块相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为mAv1=(mA+mB)v2两个速度分别为联立可得 即两滑块碰撞过程中损失的机械能3如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律和动量守恒定律，如图乙所示（己知当地的重力加速度为）(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度为d，然后将质量均为（A的含挡光片和挂

5、钩、B的含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，A置于桌面上处于静止状态，测量出挡光片中心到固定光电门中心的竖直距离h。(2)验证机械能守恒定律实验时，该同学在B的下端挂上质量也为m的物块C（含挂钩），让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为。如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为_。(3)为了验证动量守恒定律，该同学让A在桌面上处于静止状态，将B从静止位置竖直向上抬升s后由静止自由下落，直到光电门记录下挡光片挡光的时间为（未接触桌面），则验证绳绷紧过程中系统沿绳方向动量守恒定律的表达式为_。【答案】： 【解析】：(2)当物块

6、A上升h时，通过光电门，由挡光时间求出速度为对ABC整个系统而言，减少的重力势能为而系统增加的动能为若两者相等则系统机械能守恒，所以要验证的表达式为(3)为了验证动量守恒定律，该同学让A在桌面上处于静止状态，将B从静止位置竖直向上抬升s后由静止自由下落，直到光电门记录下挡光片挡光的时间未接触桌面，则绳张紧前B的速度为张紧前的动量为张紧后由于系统合力为零，则AB以张紧后的速度匀速上长，由通过光门的时间求出张紧后的速度张紧后的总动量为所以要验证的表达式为4某物理实验兴趣小组查询资料知生活中硬质木球或钢球之间发生碰撞时，动能损失比较小，可以忽略不计，通常可以将它们之间的碰撞看成弹性碰撞。现设计如图所

7、示的实验验证“钢球与硬质木球之间的碰撞为弹性碰撞”。有两个大小相同、质量不同的钢球A和硬质木球B在同一条水平轨道上，水平轨道比较光滑，对小球的阻力可以忽略不计。两球心在同一水平直线上，现给小球A一个水平向右的初速度，使之和一静止的硬质木球B发生对心正碰，碰后两个小球先后通过光电门2。(1)为了验证碰撞过程中两个小球系统动量守恒，则实验中不需要测量的物理量为（_）A光电门1与光电门2的距离LB碰前A球通过光电门1的时间t1C碰后A球、B球分别通过光电门2的时间t2、t3DA、B球的质量m1、m2EA、B球的直径d(2)若在误差的范围内，等式_只用(1)问中t1、t2、t3表示成立，则此碰撞可看作

8、是弹性碰撞。【答案】：AE 【解析】：(1)设A球通过光电门1速度为，A、B球通过光电门2的速度为， ，若碰撞过程中两小球系统动量守恒，则有即有即故所需测量的物理量为t1、t2、t3、m1、m2，不需要测量的物理量为L、d，故选AE。(2)若碰撞为弹性碰撞，则碰撞过程中两小球系统动量守恒，能量守恒，有得出式子；整理得出5气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔，空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫 层。滑行器就浮在气垫层上，与导轨平面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线 运动，极大地减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起

9、的误差。某实验小组现在利用气垫 导轨装置结合频闪照相的方法进行“探究碰撞中的不变量”这一实验。(1)实验要求研究两滑块碰撞时动能损失很小和很大等各种情况，若要求碰撞动能损失最小 则应选图中的_。（填“甲”或“乙”）（甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别 装有撞针和橡皮泥）(2) 利用闪光照相的方法连续 4 次拍摄得到的闪光照片如图所示。已知相邻两次闪光的时 间间隔为 T，在这 4 次闪光的过程中，A、B两滑块均在 080cm 的范围内，且第1次闪 光时，滑块 A恰好位于x=55cm 处，B 恰好过 x=70cm 处。若 A、B两滑块的碰撞时间 及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞

10、发生在第 1 次闪光后的_时刻（用字母 T表示），A、B两滑块质量比 mA：mB= _。【答案】：甲 0.5T 23 【解析】：(1)实验若要求碰撞动能损失最小 则应选图中的甲，因为甲图两滑块分别装有弹性圈，碰撞可认为是完全弹性碰撞。(2)由图可知，碰后B静止，则碰撞发生在x=60cm位置；碰后A的速度为则碰后A从x=60cm的位置到x=50cm的位置用时间为则碰前物块A从x=55cm的位置到x=60cm的位置用时间为，即碰撞发生在第 1 次闪光后的0.5T时刻；碰前A的速度 碰前B的速度 设开始时B的运动方向为正方向，则由动量守恒定律 带入解得mA：mB=2:36某同学利用气垫导轨做“验证动

11、量守恒定律”的实验，气垫导轨装置如图所示，由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。（1）下面是实验的主要步骤：a.安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；b.向气垫导轨通入压缩空气；c.接通光电计时器（光电门）；d.把滑块2静止放在气垫导轨的中间；e.滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；f.释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；g.读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为滑块1通过光电门1的挡光时间t1=10.01ms，通过光电门2的挡光时间t2=49.99ms，滑块2通过光电门2的挡光时间t3=8.

12、35ms；h.测出挡光片的宽度d=5mm，测得滑块1（包括撞针）的质量为m1=300g，滑块2（包括弹簧）质量为m2=200g；（2）实验中气垫导轨的作用是：A_；B_。（3）碰撞前滑块1的速度v1为_m/s；碰撞后物体系的总动量P2=_kgms-1。（结果保留两位有效数字）【答案】：大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差 保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上 0.50 0.15 【解析】：实验中气垫导轨的作用有两个，一是大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力，从而减小了实验误差，二是保证两个滑块碰撞前后的速度都在同一条直线上；碰撞前滑块1的速度v1为碰撞后物体系的总动量P2为7

13、某同学用如图甲所示装置做“验证动量守恒定律”实验。装有遮光片的滑块A、B放在气垫导轨上，压缩的弹簧放在A、B两滑块之间，两滑块用长为L的细线连接，两滑块上遮光片的宽度相同。(1)用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示，则遮光片的宽度_cm；(2)调节气垫导轨水平，接通气源，固定滑块B，剪断细线，测出滑块A通过光电门1的时间；再用长为L的细线连接两滑块，将弹簧压缩后放在两物块之间，固定滑块A，剪断细线，测出滑块B通过光电门2的时间，则A、B两滑块（包括遮光片）的质量之比为_；(3)仍用长为L的细线连接两滑块，将弹簧压缩后放在两物块之间，剪断细线，测出滑块A、B通过光电门1、2的时间分别为、，

14、当表达式_成立时，动量守恒定律得到验证。【答案】： 【解析】：(1)遮光片的宽度为。(2)由题意知得到(3)当动量守恒时，则有即成立时，动量守恒定律得到验证。8利用气垫导轨可以验证被压缩的弹簧弹开时，两滑块组成的系统动量守恒，可用图示装置进行以下实验。实验时，用两滑块压缩弹簧，并用细线固定，使其静止在两光电门中间附近，已知两滑块上遮光片的宽度相同，都是d，剪断拴弹簧的细线，测得质量为m1的滑块1和质量为m2的滑块2上遮光片通过光电门的时间分别为t1和t2。(1)实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨_；充气后，当滑块放在气垫导轨上任意位置都能_时，说明气垫导轨已经调节好；(2)若满足_，则

15、两滑块组成的系统动量守恒(采用最简式)；(3)不计滑块在气垫导轨上运动时受到的阻力，则剪断拴弹簧的细线前弹簧的弹性势能为_。【答案】：水平 静止 【解析】：(1)实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮，使导轨水平；充气后，当滑块放在气垫导轨上任意位置都能静止平衡，说明气垫导轨已经调节好；(2)已知两滑块上遮光片的宽度相同，都是d，滑块1和滑块2上遮光片通过光电门的时间分别为t1和t2。滑块组成的系统动量守恒整理得(3)不计滑块在气垫导轨上运动时受到的阻力，则剪断拴弹簧的细线前弹簧的弹性势能为整理得9某实验小组用气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，实验装置如图所示。A、B两个滑块（包括遮光片）的质量分

16、别为、，A、B两滑块上遮光片的宽度分别为、。(1)实验前，需要将气垫导轨调节水平。接通气源，调节气垫导轨的水平螺钉，在导轨上只放滑块A，轻推滑块A，如果滑块通过两个光电门的时间_，则表明气垫导轨调节水平；(2)将两滑块放在气垫导轨上图示的位置，轻推滑块A，使其以一定的速度向右滑，通过光电门1后与静止的滑块B相碰并粘合，两者一起通过光电门2，与光电门相连的计时器显示滑块A通过光电门1的时间为、滑块B通过光电门2的时间为，测得滑块A通过光电门2的时间为_，碰撞过程中需要验证的动量守恒定律的表达式为_；（均用题中所给的字母表示）(3)如果上述物理量均已测出，代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量，

17、请分析引起实验误差的原因：_。【答案】相等 滑块在运动过程中仍受到阻力作用 【解析】：（1）如果滑块通过两个光电门的时间相等，则表明滑块在气垫导轨上做匀速直线运动，气垫导轨调节水平（2）碰撞后滑块A、B的速度相等，因此得到要验证的动量守恒的表达式为（3）如果上述物理量均已测出，代入数据后发现碰前的动量略大于碰后的动量，引起该误差的原因是滑块在运动过程中仍受到阻力作用。10用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。(1)实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A，轻推一下滑块A，其通过光电门a和光电门b的时间分别为t1、t2，当

18、t1_t2（填“”、“=”、“mB）；步骤2：安装好实验装置，使斜槽末端保持水平，调整好频闪相机的位置并固定；步骤3：让入射小球从斜槽上某一位置P由静止释放，小球离开斜槽后，用频闪相机记录下小球相邻两次闪光时的位置，照片如图乙所示；步骤4：将被碰小球放在斜槽末端，让入射小球从位置P由静止开始释放，使它们碰撞。两小球离开斜槽后，用频闪相机记录两小球相邻两次闪光时的位置，照片如图丙所示。经多次实验，他们猜想碰撞前后物体的质量和速度的乘积之和不变。实验中放在斜槽末端的小球是_ （选填“A”或“B”）；若要验证他们的猜想，需要在照片中直接测量的物理量有_、_、_（选填“x0”“y0”“x1”“y1”“

19、x2”“y2”）。写出该实验小组猜想结果的表达式_（用测量量表示）。他们在课外书中看到“两物体碰撞中有弹性碰撞和非弹性碰撞之分，碰撞中的恢复系数定义为e=，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后两物体的速度，弹性碰撞恢复系数e=1，非弹性碰撞恢复系数e1。”于是他们根据照片中的信息求出本次实验中恢复系数的值e=_。（结果保留到小数点后两位数字）【答案】：B x0 x1 x2 0.88 【解析】：为使碰撞小球不被碰回应使碰撞小球的质量大于被碰小球的质量，所以放在斜槽末端的小球是B；碰撞时应有由平抛规律有代入上式可得所以需要在照片中直接测量的物理量有x0、x1、x2，该

20、实验小组猜想结果的表达式为根据碰撞中的恢复系数定义为e=可得e=0.8812气垫导轨是常用的种实验仪器，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。某同学利用带有标尺（最小刻度为）的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律，设计实验装置如图甲所示，实验步骤如下：a.用天平分别测出滑块A、B的质量、；b.给气垫导轨通气并调整使其水平；c.A、B之间紧压一轻弹簧（与A、B不粘连），并用细线栓住，静置于气垫导轨上；d.烧断细线，利用频闪照片记录A、B各自运动的过程如图乙所示。(1)已知频闪的频率为，则滑块A离开弹簧后的动量大小为_，滑块B离开弹簧后的

21、动量大小为_（结果均保留三位有效数字）；(2)利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能_J（结果保留三位有效数字）。【答案】：0.240 0.240 0.240 【解析】：(1)已知频闪的频率为，则T=0.1s；滑块A离开弹簧后的速度为动量大小为滑块B离开弹簧后的速度动量大小为(2)利用上述数据还能测出烧断细线前弹簧的弹性势能13如图甲所示为验证动量守恒的实验装置，气垫导轨置于水平桌面上，G1和G2为两个光电门，A、B均为弹性滑块，质量分别为mA、mB，两遮光片沿运动方向的宽度均为d，实验过程如下：调节气垫导轨成水平状态；轻推滑块A，测得A的遮光片通过光电门G1的遮光时间为t1；A与B相碰

22、后，B和A的遮光片先后经过光电门G2的遮光时间分别为t2和t3。回答下列问题：(1)用螺旋测微器测得遮光片宽度如图乙所示，读数为_mm；(2)实验中为保证A与B碰撞后A不反弹，选择mA_mB；(填“”或“=”或“ 【解析】：(1)用螺旋测微器测得遮光片宽度为2mm+0.01mm15.0=2.150mm；(2)实验中为保证A与B碰撞后A不反弹，选择mAmB；(3) 滑块经过光电门时挡住光的时间极短，则平均速度可近似替代滑块的瞬时速度，则碰前A的速度碰后A的速度碰后B的速度由系统动量守恒有mAvAmAvAmBvB化简可得表达式14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、D的气垫导轨和滑块A、B，探究碰撞中的动量守恒，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A的左端至挡板C的距离l1；e按下电钮放开卡销，同时分别记录滑块A、B运动时间的计