1.4实验：验证动量守恒定律 课时作业-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（含解析）

人教版高中物理选择性必修第一册课时作业4实验:验证动量守恒定律一、单项选择题1、在利用悬线悬挂等大小球探究碰撞中的不变量的实验中，下列说法不正确的是()A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长B．由静止释放小球，以便较准确计算小球碰前速度C．两小球必须都是钢性球，且质量相同D．两小球碰后可以粘在一起共同运动2、在“利用气垫导轨验证动量守恒定律”的实验中,用到的测量工具有()A.停表、天平、刻度尺B.弹簧测力计、停表、天平C.天平、刻度尺、光电计时器D.停表、刻度尺、光电计时器3、在做验证动量守恒定律的实验时,入射球a的质量为m1,被碰球b的质量为m2,小球的半径为r,各小球的落点如图所示,下列关于这个实验的说法正确的是()A.入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球B.让入射球与被碰球连续10次相碰,每次都要使入射球从斜槽上不同的位置滚下C.要验证的表达式是m1OP=m1OM+m2OND.要验证的表达式是m1(OP-2r)=m1(OM-2r)+m2ON4、关于“探究碰撞中的不变量”实验，下列说法不正确的是()A．实验要求碰撞一般为一维碰撞B．实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和C．只需找到一种情境的不变量即可，结论对其他情境也同样适用D．进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要实践检验5、采用如图所示的实验装置进行验证动量守恒定律(图中小球半径相同、质量均已知，且mA>mB)，下列说法正确的是()A．实验中要求轨道末端必须保持水平B．实验中要求轨道必须光滑C．验证动量守恒定律，需测量OB、OM、OP和ON的距离D．测量时发现N点偏离OMP这条直线，直接测量ON距离不影响实验结果6、在“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”实验中,安装斜槽轨道时,应让斜槽末端保持水平,这样做的目的是使 ()A.入射小球得到较大的速度B.入射小球与被碰小球对心碰撞后速度沿水平方向C.入射小球与被碰小球对碰时无动能损失D.入射小球与被碰小球碰后均能从同一高度飞出7、若采用下图中甲、乙两种实验装置来验证动量守恒定律(图中小球半径相同、质量均已知，且mA>mB，B、B′两点在同一水平线上)，下列说法正确的是()A．采用图甲所示的装置，必需测量OB、OM、OP和ON的距离B．采用图乙所示的装置，必需测量OB、B′N、B′P和B′M的距离C．采用图甲所示的装置，若mA·ON＝mA·OP＋mB·OM，则表明此碰撞动量守恒D．采用图乙所示的装置，若eq\f(1,\r(B′N))＝eq\f(1,\r(B′M))＋eq\f(1,\r(B′P))，则表明此碰撞机械能也守恒二、非选择题8、用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时，必须注意的事项是()A．A到达最低点时，两球的球心连线可以不水平B．A到达最低点时，两球的球心连线要水平C．多次测量减小误差时，A球必须从同一高度释放D．多次测量减小误差时，A球必须从不同高度释放9、某小组用实验验证物体间相互作用时动量守恒，如图，在水平桌面上固定一与桌面等宽的光滑凹槽导轨(导轨截面如图所示)，把两个质量不等的小球A、B置于导轨上，用两小球夹住一轻弹簧，并使轻弹簧处于压缩状态，同时由静止释放两个小球，小球最后落在铺有复写纸、白纸的水平地面上本实验中需要的测量仪器有（)A．天平B．秒表C．毫米刻度尺D．打点计时器10、某同学设计了一个用打点计时器验证碰撞中的动量守恒的实验：在小车A的前端黏有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速运动，他设计的装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片．则()A．长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动B．实验过程中应先接通电源，再让小车A运动C．计算碰撞前后小车的速度时，在纸带上任选对应过程的一段即可D．此碰撞中A、B两小车这一系统的机械能守恒11、利用如图所示的实验装置可验证动量守恒定律。由于小球的下落高度是定值,下落时间是定值,所以小球落在地面上的水平位移就代表了小球做平抛运动时水平初速度的大小,这样碰前速度和碰后速度就可以用平抛运动的水平位移来表示。以下要求正确的是（）A.入射小球的半径应该大于被碰小球的半径B.入射小球的半径应该等于被碰小球的半径C.入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滚下D.斜槽末端必须是水平的三、非选择题12、如图所示为验证动量守恒定律的实验装置,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,且mA大于mB,两遮光片沿运动方向的宽度均为d,实验过程如下:(1)调节气垫导轨成水平状态;(2)轻推滑块A,测得A通过光电门G1的遮光时间为t1;(3)A与B相碰后,B和A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实验中选择mA大于mB的目的是:。②利用所测物理量的符号表示动量守恒定律成立的式子为:。13、气垫导轨是一种常用的实验仪器,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的气垫导轨和滑块A和B验证动量守恒定律,实验装置如图所示,采用的实验步骤如下:a.松开手的同时,记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B滑块分别碰到C、D挡板时计时器结束计时,分别记下A、B到达C、D的运动时间t1和t2;b.在A、B间水平放入一个轻弹簧,用手压住A、B使弹簧压缩,放置在气垫导轨上,并让它静止在某个位置;c.给导轨送气,调整气垫导轨,使导轨处于水平;d.用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1,B的右端至D板的距离L2。(1)实验步骤的正确顺序是。(2)实验中还需要的测量仪器是,还需要测量的物理量是。(3)利用上述测量的实验数据,验证动量守恒定律的表达式是。14、某同学用图甲所示的装置验证动量守恒定律．图中AB为斜槽，BC为水平槽．(1)下列说法正确的是________．A．该实验要求入射小球的质量应大于被碰小球的质量B．该实验要求入射小球和被碰小球必须是金属材质C．该实验通过测量入射小球从斜槽上由静止释放的高度h得到小球碰撞前的速度D．该实验通过测量小球做平抛运动的竖直位移间接得到小球碰撞前后的速度(2)实验时先使入射小球从斜槽上某一固定位置S多次由静止释放，落到位于水平地面的记录纸上并留下痕迹，从而确定P点的位置；再把被碰小球放在水平槽末端，让入射小球仍从位置S多次由静止释放，跟被碰小球碰撞后，两球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹，从而确定M、N点的位置．实验中，确定P点位置时多次落点的痕迹如图乙所示，刻度尺的零刻线与O点对齐，则OP＝______cm.(3)该实验若要验证两小球碰撞前后的动量是否守恒，需要分别测量记录纸上M点距O点的距离LOM、P点距O点的距离LOP、N点距O点的距离LON．除此之外，还需要测量的物理量是____________，需要验证的关系式为______________________(其中涉及需要测量的物理量请用自己设定的字母表示)．15、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。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门,水平平台上A点右侧摩擦很小,可忽略不计,左侧为水平面,当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下:A.在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片;B.用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb;C.a和b间用细线连接,中间夹一被压缩了的轻短弹簧,静止放置在平台上;D.烧断细线后,a、b瞬间被弹开,向相反方向运动;E.记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t;F.小球b从平台边缘飞出后,落在水平地面的B点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离s;G.改变弹簧压缩量,进行多次测量。(1)用螺旋测微器测量挡光片的宽度,如图乙所示,则挡光片的宽度为mm。(2)该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证a、b两物体弹开后的动量大小相等,即(用上述实验所涉及物理量的字母表示)。16、像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．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．我们可以用带光电门E、F的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图乙所示，采用的实验步骤如下：①a.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．用游标卡尺测量小滑块的宽度d，卡尺示数如图丙所示．读出滑块的宽度d＝________cm.e．按下电钮放开卡销，光电门E、F各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10－3s和3.4×10－3s.滑块通过光电门E的速度v1＝______m/s，滑块通过光电门F的速度v2＝______m/s.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____________________．

答案与解析1、C解析：两小球无论是弹性球还是非弹性球动量都是守恒的，且两个球的质量不一样碰撞时动量也守恒，因此不需要两球的质量一定相同，C错误．2、C解析：用天平测滑块质量,用刻度尺测挡光片的宽度;运动时间是指挡光片通过光电门的时间,由光电计时器计时,因此不需要停表。C正确。3、C解析：在此装置中,应使入射球的质量大于被碰球的质量,防止入射球反弹或静止,故A错误;入射球每次都应从斜槽上的同一位置由静止滚下,以保证每次碰撞都具有相同的初动量,故B错误;两球做平抛运动时,具有相同的起点,结合平抛运动的规律可知,小球运动的时间相同,因此小球a碰撞前的速度可表达为v0=OPt,同理可得小球a碰撞后的速度v1=OMt,小球b碰撞后的速度v2=ONt,验证动量守恒,需要验证m1v0=m1v1+m2v2,即应验证的关系式为m1OP=m1OM+m2ON,故C正确,D4、C解析：这个实验是在一维碰撞情况下设计的，其他非一维碰撞情况未做探究，选项A正确；系统中物体各自的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量，选项B正确；不变量应是在各种情境下都不变的量，具有普遍性，在一种情境下满足的不变量，对其他情境不一定适用，C错误；进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要在其他情境下进行检验，D正确．5、A解析：要想用水平的距离表示小球平抛出时的速度的大小，则必须要求小球做平抛运动，故实验中要求轨道末端必须保持水平，A正确；每次实验时只要保证每次小球从斜轨道上滑下的高度一样就可以了，所以不必要求轨道必须光滑，B错误；验证动量守恒定律，不需要测量OB的长度，因为小球下落相同高度的时间是相等的，在列式子时，这个时间能被约掉，而OM、OP和ON的距离是需要测量的，C错误；测量时发现N点偏离OMP这条直线，则应该过N点向OMP这条直线作垂线，测量垂足N′到O点的距离才可以，直接测量ON距离会影响实验结果，D错误．6、B解析：安装斜槽轨道时,应让斜槽末端保持水平,这样做的目的是使入射小球与被碰小球对心碰撞后速度沿水平方向,以保证在水平方向能验证动量守恒定律。7、D解析：如果采用图甲所示装置，由于小球平抛运动的时间相等，故可以用水平位移代替速度进行验证，不需要测量OB的长度，故A错误；如果采用图乙所示装置时，利用水平距离相等，根据下落的高度可确定飞行时间，从而根据高度可以表示出对应的水平速度，从而确定动量是否守恒，故不需要测量OB的距离，故B错误；采用图甲所示装置，不碰撞时一个球滑下的水平距离为OP，两球相碰时，A球距离为OM，B球为ON，则由动量守恒定律有mAv＝mAv1＋mBv2，因下落时间相同，则两端同时乘以t后有mA·OP＝mA·OM＋mB·ON，则表明此碰撞动量守恒，故C错误；小球碰后做平抛运动，速度越快，下落高度越小，单独一个球下落时，落点为P，两球相碰后，落点分别为M和N，根据动量守恒定律有mAv＝mAv1＋mBv2，而速度v＝eq\f(l,t)，根据h＝eq\f(1,2)gt2可得t＝eq\r(\f(2h,g))，则可解得v＝eq\f(BB′,\r(\f(2B′P,g)))，v1＝eq\f(BB′,\r(\f(2B′M,g)))，v2＝eq\f(BB′,\r(\f(2B′N,g)))，代入动量守恒表达式，消去公共项后，有eq\f(mA,\r(B′P))＝eq\f(mA,\r(B′M))＋eq\f(mB,\r(B′N))，由机械能守恒定律可知eq\f(1,2)mAv2＝eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mBveq\o\al(2,2)，联立动量守恒表达式和机械能守恒表达式可知eq\f(1,\r(B′N))＝eq\f(1,\r(B′M))＋eq\f(1,\r(B′P))，故可以根据该式验证此碰撞机械能守恒，故D正确．8、BC解析：为了保证实验中实现对心碰撞，从而使小球水平飞出，两球的球心连线要水平，故A错误，B正确；多次测量求平均值减小误差时，要让A球每次碰撞前的速度均相同，则必须让A球从同一高度下落，故C正确，D错误．9、AC解析：(1)取小球A的初速度方向为正方向，两小球质量和平抛初速度分别为mA﹑mB、vA、vB，平抛运动的水平位移分别为xA、xB，平抛运动的时间为t.需要验证的方程0＝mAvA－mBvB，又vA＝eq\f(xA,t)，vB＝eq\f(xB,t)，代入得到mAxA＝mBxB，故需要测量两小球的质量mA和mB，两小球落地点到桌面边缘的水平距离xA和xB，所以需要的器材为刻度尺、天平．故选AC．10、AB解析：长木板垫着小木片是为了平衡摩擦，保证小车碰撞前后做匀速运动，所以在计算碰撞前、后B小车的速度时，应选取纸带上匀速运动过程对应的一段纸带计算，A正确，C错误；在使用打点计时器时，应先接通电源后释放小车，B正确；碰撞过程中由于存在能量损失，故机械能不守恒，D错误．11、BC解析：只有两个小球的半径相等,才能保证碰撞为一维碰撞,碰后小球做平抛运动,A错误,B正确;入射小球每次应该从斜槽的同一位置由静止滚下,C正确;斜槽末端必须水平也是保证小球碰后做平抛运动的条件,D正确。12、答案：①保证碰撞后滑块A不反弹②mAdt1=mAdt解析：①为了使A、B碰撞后A不反弹,需满足A的质量大于B的质量;②对于A、B组成的系统,碰撞前的总动量为p1=mAv1=mAdt1,碰撞后的总动量为p2=mAv'1+mBv2=mAdt3则表示动量守恒定律成立的式子为mAdt1=mAdt313、答案：(1)cbda(2)天平A、B两滑块的质量M1、M2(3)M1L1t1解析：(1)本实验首先需要调整气垫导轨水平,然后按照实验要求安装实验设备,测量A左端至C板、B右端至D板的距离,最后释放滑块开始实验,因此正确顺序为cbda;(2)本实验要验证的是动量守恒,因此需要用天平测量A、B两滑块的质量M1、M2;(3)A、B两滑块在导轨上做匀速直线运动,速度分别为L1t1和L2t2,则验证动量守恒定律的表达式为M14、答案：(1)A(2)39.80(3)两球的质量m1LOP＝m1LOM＋m2LON解析：(1)要使两球发生对心正碰，两球半径应相等，为防止入射球碰撞后反弹，入射小球的质量应大于被碰小球的质量，而对小球的材质无要求，故A正确，B错误；入射小球从静止下落过程中会受到斜槽的摩擦力作用，由于摩擦力做功未知，所以不能通过测量入射小球从斜槽上由静止释放的高度h得到小球碰撞前的速度，故C错误；两球碰撞后均做平抛运动，平抛的初速度为v＝eq\f(x,t)，竖直高度相同，则下落时间相等，故只需要测量平抛的水平位移而不需要测量竖直高度；故D错误．(2)为保证减小实验误差，则应读轨迹中心到O点的距离即为OP的长度，毫米刻度尺的最小分度是毫米，估读到0.1mm，所以OP＝39.80cm.(3)据平抛运动可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t，则：v0＝eq\f(LOP,t)，v1＝eq\f(L