高中一轮复习物理课时检测（三十三）验证动量守恒定律（实验提能课）

课时检测(三十三)验证动量守恒定律(实验提能课)1．在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中，下列说法正确的是()A．悬挂两小球的细绳长度要适当，且等长B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度C．两小球必须都是刚性球，且质量相同D．两小球碰后可以粘合在一起共同运动解析：选ABD两细绳等长能保证两小球正碰，以减小实验误差，A正确；由于计算碰撞前速度时用到了mgh＝eq\f(1,2)mv2－0，即初速度为零，B正确；本实验中对小球的弹性性能无要求，C错误；两小球正碰后，有各种可能的运动情况，D正确。2．如图所示为“验证碰撞中的动量守恒”实验装置示意图。(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，均为d，它们的质量相比较，应是m1________m2。(2)为了保证小球做平抛运动，必须调整斜槽使________________。(3)继续实验步骤为：A．在地面上依次铺白纸和复写纸。B．确定重垂线对应点O。C．不放小球2，让小球1从斜槽滑下，确定它的落地点位置P。D．把小球2放在立柱上，让小球1从斜槽滑下，与小球2正碰后，确定小球1和小球2的落地点位置M和N。E．用刻度尺量OM、OP、ON的长度。F．看m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)与m1eq\x\to(OP)是否相等，以验证动量守恒。上述步骤有几步不完善或有错误，请指出并写出相应的正确步骤。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)入射小球1与被碰小球2直径相同，即d1＝d2，为防止两小球碰撞后入射小球反弹，入射小球质量应大于被碰小球质量，即：m1>m2。(2)要使小球做平抛运动，则斜槽的末端切线必须水平。(3)为使小球1离开斜槽时的初速度相等，每次释放小球1时应从同一高度由静止释放，故步骤D不完善；两球离开斜槽后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间t相等，若碰撞过程动量守恒，则有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′，两边同乘以t得：m1v1t＝m1v1′t＋m2v2′t，由两小球直径均为d可得：m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2(eq\x\to(ON)－d)，故步骤F错误。答案：(1)>(2)斜槽末端切线水平(3)D不完善，小球1应从斜槽的同一高度由静止释放；F错误，应验证：m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2(eq\x\to(ON)－d)3．如图甲所示，是气垫导轨上的两个滑块的照片，中间是滑块A，质量mA＝0.20kg，右边是滑块B，质量mB＝0.30kg。图乙是滑块B向左运动中与滑块A碰后合为一体的照片，频闪照片的频率f＝10Hz。(1)根据照片提供的信息，碰前的动量为________kg·m/s，碰后的动量为________kg·m/s。(2)实验结论：_______________________________________________________。解析：(1)题图频闪照片频率为10Hz，即滑块相邻两位置的时间间隔为0.1s。从图中读出碰前A的位置不变，则A静止；B在碰前相等时间内的位移为1.6cm，B碰前的速度应为v0＝eq\f(1.6×10－2,0.1)m/s＝0.16m/s，所以碰前的动量为pB＝mv0＝0.30×0.16kg·m/s＝0.048kg·m/s。碰撞后两滑块具有共同速度，相等时间内的位移为1.0cm，则碰后速度v共＝eq\f(1.0×10－2,0.1)m/s＝0.10m/s，碰后的动量p＝(mA＋mB)v共＝(0.20＋0.30)×0.10kg·m/s＝0.050kg·m/s。(2)实验结论：在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等，在碰撞过程中动量守恒。答案：(1)0.0480.050(2)在误差允许的范围内，碰撞前后动量相等4．如图所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。(1)实验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量________(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。A．小球开始释放的高度hB．小球抛出点距地面的高度HC．小球做平抛运动的射程(2)图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射球m1多次从斜轨上S位置由静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射球m1从斜轨上S位置由静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是________。(填选项前的符号)A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量小球m1开始释放的高度hC．测量抛出点距地面的高度HD．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、NE．测量平抛射程OM、ON(3)若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为_______________[用(2)中测量的量表示]；若碰撞是弹性碰撞，那么还应满足的表达式为__________________[用(2)中测量的量表示]。解析：(1)小球碰前和碰后的速度都利用平抛运动来测定，即v＝eq\f(x,t)。而由H＝eq\f(1,2)gt2知，每次竖直高度相等，平抛运动时间相等，即m1eq\f(OP,t)＝m1eq\f(OM,t)＋m2eq\f(ON,t)，则可得m1·OP＝m1·OM＋m2·ON。故只需测小球做平抛运动的射程，因而选C。(2)由(1)中的表达式知：在OP已知时，需测量m1、m2、OM和ON，故必要步骤为A、D、E。(3)动量守恒表达式即m1·OP＝m1·OM＋m2·ON；若为弹性碰撞同时满足动能守恒，则有eq\f(1,2)m1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(OP,t)))2＝eq\f(1,2)m1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(OM,t)))2＋eq\f(1,2)m2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ON,t)))2，即m1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON2。答案：(1)C(2)ADE(3)m1·OP＝m1·OM＋m2·ONm1·OP2＝m1·OM2＋m2·ON25．(2014·全国Ⅱ卷)现利用图(a)所示的装置验证动量守恒定律。在图(a)中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间。实验测得滑块A的质量m1＝0.310kg，滑块B的质量m2＝0.108kg，遮光片的宽度d＝1.00cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0Hz。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰。碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图(b)所示。若实验允许的相对误差绝对值eq\f(碰撞前后总动量之差,碰前总动量)×100%最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。解析：按定义，滑块运动的瞬时速度大小v＝eq\f(Δs,Δt) ①式中Δs为滑块在很短时间Δt内走过的路程。设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则ΔtA＝eq\f(1,f)＝0.02s ②ΔtA可视为很短。设滑块A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1。将②式和图给实验数据代入①式得v0＝2.00m/s ③v1＝0.970m/s ④设滑块B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有v2＝eq\f(d,ΔtB) ⑤代入题给实验数据得v2＝2.86m/s ⑥设两滑块在碰撞前、后的总