适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第7章动量守恒定律第6讲实验验证动量守恒定律

第6讲实验:验证动量守恒定律1.“探究碰撞中的不变量”的实验装置如图所示,阻力很小的滑轨上有两辆小车A、B,给小车A一定速度去碰撞静止的小车B,小车A、B碰撞前后的速度大小可由速度传感器测得。(1)实验应进行的操作有。

A.测量滑轨的长度B.测量小车的长度和高度C.碰撞前将滑轨调成水平(2)下表是某次实验时测得的数据:A的质量/kgB的质量/kg碰撞前A的速度大小/(m·s-1)碰撞后A的速度大小/(m·s-1)碰撞后B的速度大小/(m·s-1)0.2000.3001.0100.2000.800由表中数据可知,碰撞后小车A、B所构成系统的总动量大小是kg·m/s。(结果保留3位有效数字)

2.(2024广东广州期末)如图所示,在研究“验证动量守恒定律”的实验中,先让A球从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下,从轨道末端水平抛出,落到位于水平地面的复写纸上,在复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次,得到10个落点痕迹,P为平均落点。再把B球放在斜槽轨道末端,让A球仍从位置S由静止滚下,与B球碰撞后,分别在白纸上留下各自的落点痕迹,重复操作10次。M为A球的平均落点,N为B球的平均落点,O点是轨道末端在白纸上的竖直投影点。(1)关于该实验的注意事项,下列说法正确的是。

A.斜槽轨道可以不光滑B.斜槽轨道末端的切线必须水平C.上述实验过程中白纸不能移动D.两小球A、B半径相同,A的质量可以小于B的质量(2)设A球质量为m1,B球质量为m2,测量可知lOP=4lOM,lON=6lOM,若碰撞过程动量守恒,则A球质量m1和B球质量m2之比为。

(3)若A球质量m1是B球质量m2的4倍,两球发生的是弹性碰撞,则lOM和lON之比为。

3.在学校开展的一次科技活动中,某同学为了用打点计时器验证动量守恒定律,他设计了一个实验,装置如图甲所示,他在长木板右端垫着薄木片平衡摩擦力后,再在小车A后面连上纸带,前端粘有强力双面胶,然后推动小车A使之做匀速直线运动,到达长木板下端时与原来静止的小车B发生碰撞并粘合在一起继续做匀速直线运动,电磁打点计时器所用电源的频率为f。甲乙(1)选择一条比较理想的纸带,每间隔4个点取一个计数点,并测得各计数点间的距离标在纸带上(如图乙所示),A点为运动的起点,则应选段来计算小车A碰撞前的速度,应选段来计算小车A和小车B碰后的共同速度(以上两空均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。

(2)小车A的质量为m1,小车B的质量为m2,则碰撞前两小车的总动量为p1=,碰撞后两小车的总动量p2=(用m1、m2、x1、x2、x3、x4和f表达)。

4.(2024广东汕头期中)在“验证动量守恒定律”的实验中,某同学用如图所示的装置进行了如下的操作:①先调整斜槽轨道,使末端的切线水平,在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将该木板竖直立于靠近槽口处,使小球a从斜槽轨道上某固定点处由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;②将木板向右平移适当的距离,再使小球a从原固定点由静止释放,撞在木板上并在白纸上留下痕迹B;③把半径相同的小球b静止放在斜槽轨道水平段的最右端,让小球a仍从原固定点由静止释放,和小球b相碰后,两球撞在木板上并在白纸上留下痕迹A和C;④用天平测量a、b两小球的质量分别为ma、mb,用刻度尺测量白纸上O点到A、B、C三点的距离分别为y1、y2和y3。(1)小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,这对实验结果(选填“会”或“不会”)产生影响。

(2)两小球的质量关系:ma(选填“>”“<”或“=”)mb。

(3)用本实验中所测得的量来验证两小球碰撞过程动量守恒,其表达式为。

5.(2024广东深圳高级中学模拟)如图甲所示,某课外探究小组利用气垫导轨做“验证动量守恒定律”实验。滑块A和滑块B的质量(包括遮光条)分别为m1=150.0g,m2=200.0g。实验中弹射装置每次给滑块A的初速度均相同,滑块B初始处于静止状态。滑块A的遮光条两次通过光电门1的挡光时间分别为Δt1、Δt3,滑块B的遮光条通过光电门2的挡光时间为Δt2。甲乙(1)打开气泵,先取走滑块B,待气流稳定后将滑块A从气垫导轨右侧弹出,测得通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间,为使实验结果准确,后续的操作是;

A.调高右侧底座旋钮B.调高左侧底座旋钮C.将光电门1向左侧移动D.将光电门2向右侧移动(2)如图乙所示,用游标卡尺测量遮光条的宽度d,其读数为mm;

(3)经测量滑块A、B上的遮光条宽度相同,则验证动量守恒的表达式为(用m1、m2、Δt1、Δt2、Δt3表示);

(4)小明同学改变实验设计继续验证动量守恒定律,他在滑块B的右端加上橡皮泥,两滑块每次相碰后会粘在一起运动。多次改变滑块B的质量m2,记录下滑块B的遮光条每次通过光电门的挡光时间Δt2,请你根据记录表格在图丙中作出m2-Δt2图像。m2/g200210220230240Δt2/10-3s9.39.69.810.110.4丙6.(2024广东广州模拟)用如图甲所示的装置验证“动量守恒定律”。实验步骤如下:Ⅰ.用绳子将质量为mA和mB的小球A和B悬挂在天花板上,两绳长相等;Ⅱ.在A、B两球之间放入少量炸药,引爆炸药,两球反方向摆起,用量角器记录两球偏离竖直方向的最大夹角分别为α、β;Ⅲ.多次改变炸药的量,使得小球摆起的最大角度发生变化,记录多组α、β值,以1-cosα为纵轴,1-cosβ为横轴,绘制(1-cosα)-(1-cosβ)图像,如图乙所示。回答下列问题:(1)若两球动量守恒,应满足的表达式为(用mA、mB、α、β表示)。

(2)图乙中(1-cosα)-(1-cosβ)图像的斜率为k,则A、B两球的质量之比为。

(3)若本次实验存在一定的误差,可能的原因是

。

参考答案第6讲实验:验证动量守恒定律1.答案(1)C(2)0.200解析(1)实验需要测量小车的速度与质量,不需要测量滑轨的长度、小车的长度和高度,故A、B错误;系统所受合外力为零,系统动量守恒,碰撞前将滑轨调成水平,故C正确。(2)由于A的质量小于B的质量,碰撞后A反弹,以碰撞前A的速度方向为正方向,碰撞后小车A、B所构成的系统总动量大小p=mAvA+mBvB=0.200×(-0.200)kg·m/s+0.300×0.800kg·m/s=0.200kg·m/s。2.答案(1)ABC(2)2∶1(3)3∶8解析(1)斜槽轨道可以不光滑,只要小球到达底端时速度相同即可,选项A正确;斜槽轨道末端的切线必须水平,以保证小球做平抛运动,选项B正确;上述实验过程中白纸不能移动,选项C正确;两小球A、B半径相同,为防止入射球反弹,A的质量必须大于B的质量,选项D错误。(2)规定向右为正方向,根据动量守恒有m1v0=m1v1+m2v2,结合平抛运动规律可知m1lOP=m1lOM+m2lON,根据lOP=4lOM,lON=6lOM,解得A球质量m1和B球质量m2之比为m1∶m2=2∶1。(3)实验时,若两球发生弹性碰撞,根据机械能守恒有12m1v02=12m1v12+12m2v22,根据动量守恒有m1v0=m1v1+m2v2,可解得v1=m1-m2m3.答案(1)BCDE(2)m解析(1)从纸带上打点的情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大的速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况,故应选用BC段计算小车A碰前的速度;从CD段打点的情况看,小车的运动情况还未稳定,而在DE段内小车运动已稳定,故应选用DE段计算小车A和B碰后的共同速度。(2)因为BC段的时间为5T=51f,距离为x2,小车A在碰撞前总动量p1=m1x2f5;因为DE段的时间为5T=51f,距离为x4,小车4.答案(1)不会(2)>(3)m解析(1)小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力,不会对实验结果产生误差,只要保证小球从静止释放到达最低点的速度相等即可,斜槽不一定需要光滑。(2)为使小球a碰撞小球b后不反弹,应使ma>mb。(3)设木板向右移动的距离为L,小球a单独平抛时L=vty2=12gt小球a与小球b碰撞后,小球a做平抛运动,则有L=v1t1y3=1小球b做平抛运动L=v2t2y1=1验证两小球碰撞过程中动量守恒,即验证mav=mav1+mbv2联立解得ma5.答案(1)B(2)14.8(3)m(4)图见解析解析(1)测得通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间,说明滑轨没在水平线上,滑块A做加速运动,因此应该调高左侧底座旋钮,使滑轨水平,故选B;(2)游标卡尺主尺刻度为14mm,游标尺第8刻度与主尺某一刻度对齐,故游标卡尺读数为d=14mm+0.1×8mm=14.8mm。(3)根据动量守恒可得m1v1=m2v2-m1v3,通过光电门时的速度v=dΔt,故验证动量守恒的表达式为(4)根据表格数据作出m2-Δt2图像如图所示。6.答案(1)mA1-cosα(2)1(3)用量角器测量角度时测量不准确可能会带来误差;小球爆炸后运动过程中存在空气阻力,可能会影响角度的大小解析(1)设绳长为L,爆炸后对A、B球由动能定理得-mAg(L-Lc