2018版 第6章 实验7 实验集训

PAGEPAGE5实验集训|研测考向1．如图实­7­6为实验室常用的气垫导轨验证动量守恒的装置。两带有等宽遮光条的滑块A和B，质量分别为mA、mB，在A、B间用细线水平压住一轻弹簧，将其置于气垫导轨上，调节导轨使其能实现自由静止，这是表明______________。烧断细线。滑块A、B被弹簧弹开，光电门C、D记录下两遮光条通过的时间分别为tA和tB，若有关系式________，则说明该实验动量守恒。图实­7­6【解析】滑块在导轨能自由静止，说明导轨水平。因为滑块在气垫导轨上所受阻力忽略不计，认为是零，若上述过程A、B系统动量守恒，则有：mAvA＝mBvB，又由于两遮光条等宽，则eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)或eq\f(mA,tA)－eq\f(mB,tB)＝0。【答案】气垫导轨水平eq\f(mA,tA)＝eq\f(mB,tB)或eq\f(mA,tA)－eq\f(mB,tB)＝02．气垫导轨(如图实­7­7)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层。使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力。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。图实­7­8为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，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。图实­7­7图实­7­8【解析】分析可知，速度较大的滑块与上面纸带相连，速度小的滑块与下面纸带相连，碰撞前速度大的滑块动量大小p1＝m1v1＝a·eq\f(s1,t1)＝a·eq\f(s1,5T)＝a·eq\f(s1f,5)＝0.2abs1；同理，碰撞前速度小的滑块动量大小为p3＝0.2abs3；碰撞前总动量大小p＝p1－p3＝0.2ab(s1－s3)；碰后两滑块总动量p′＝(m1＋m2)·v′＝0.4abs2。【答案】0.2abs30.2abs10.2ab(s1－s3)0.4abs2(第1、2空答案可互换)3．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图实­7­9甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成。在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差。图实­7­9下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平：②向气垫导轨通入压缩空气：③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端。调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；已知碰后两滑块一起运动；⑥先________________，然后________，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带。重复步骤④⑤⑥。选出较理想的纸带如图乙所示；⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为310g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为205g。(1)试着完善实验步骤⑥的内容。(2)已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为________kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为______________kg·m/s。(保留3位有效数字)(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块1。(2)作用前滑块1的速度v1＝eq\f(0.2,0.1)m/s＝2m/s，其质量与速度的乘积为0.310×2kg·m/s＝0.620kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝eq\f(0.168,0.14)m/s＝1.2m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310＋0.205)×1.2kg·m/s＝0.618kg·m/s。(3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦。【答案】(1)接通打点计时器的电源放开滑块1(2)0.6200.618(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦4．某小组用如图实­7­10所示的装置验证动量守恒定律，装置固定在水平面上，圆弧形轨道下端切线水平，两球半径相同，两球与水平面的动摩擦因数相同。实验时，先测出A、B两球的质量mA、mB，让球A多次从圆弧形轨道上某一位置由静止释放，记下其在水平面上滑行距离的平均值x0，然后把球B静置于轨道下端水平部分，并将球A从轨道上同一位置由静止释放，并与球B相碰，重复多次。图实­7­10(1)为确保实验中球A不反向运动，则mA、mB应满足的关系是________；(2)写出实验中还需要测量的物理量及符号：______________________________________________________________；(3)若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式：______________________________________________________________________________________________________________________________；(4)取mA＝2mB，x0＝1m，且A、B间为完全弹性碰撞，则B球滑行的距离为________。【解析】(1)为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即：mA＞mB。(2)碰撞后两球做减速运动，设碰撞后的速度为：vA、vB，由动能定理得：－μmAgx0＝0－eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,0)，v0＝eq\r(2μgx0)，－μmAgxA＝0－eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,A)，vA＝eq\r(2μgxA)，－μmBgxB＝0－eq\f(1,2)mBveq\o\al(2,B)，vB＝eq\r(2μgxB)，如果碰撞过程动量守恒，则：mAv0＝mAvA＋mBvB，即：mAeq\r(2μgx0)＝mAeq\r(2μgxA)＋mBeq\r(2μgxB)，整理得：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)，实验需要测量碰撞后A、B球在水平面滑行的距离：xA、xB(3)由(2)可知，若碰撞前后动量守恒，写出动量守恒的表达式为：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)。(4)如果碰撞过程是完全弹性碰撞，碰撞过程系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得：mAeq\r(x0)＝mAeq\r(xA)＋mBeq\r(xB)，由机械能守恒定律得：eq\f(1,2)mA(eq\r(2μgx0))2＝eq\f(1,2)mA(