【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇验证动量守恒定律（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇验证动量守恒定律（解析版）

验证动量守恒定律 ‎1、利用频闪照相和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验,步骤如下:‎ ‎①用天平测出滑块的质量分别为200g和300g;‎ ‎②安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;‎ ‎③向气垫导轨通入压缩空气;‎ ‎④把两滑块放到导轨上,并给他们一个初速度,同时开始闪光照相,闪光的时间间隔设定为,照片如图所示:‎ 结合实验过程和图像分析知:该图像是闪光4次摄得的照片,在这4次闪光的瞬间,两滑块均在0~80cm刻度范围内;第一次闪光时,滑块A恰好通过处,滑块B恰好通过处;碰撞后有一个物体处于静止状态。设向右为正方向,试分析:滑块碰撞时间发生在第一次闪光后__________,碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是__________,碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是__________。‎ ‎2、一实验小组用气垫导轨验证滑块碰撞过程中的动量守恒,实验装置如图所示.‎ ‎1.实验前应调节气垫导轨底部的调节旋钮,使导轨__________;充气后,当滑块在导轨上能__________运动时,说明气垫导轨已经调节好. 2.实验时,先使滑块1挤压导轨左端弹射架上的轻弹簧,然后释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧固定有弹簧片的滑块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2后依次被制动;实验中需要测量滑块1 (包括挡光片)的质量m1、 滑块2(包括弹簧片和挡光片)的质量m2、滑块1通过光电门1的挡光时间△t1、通过光电门2的挡光时间△t2,还需要测量__________、__________.(写出物理量及其表示符号) 3.如果表达式__________成立,则说明滑块1、2碰撞过程中动量守恒.(用物理量的符号表示)‎ ‎3、用如图所示的装置来验证动量守恒定律,质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点,质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的小支柱N上,O点到A球球心的距离为L,使悬线伸直并与竖直方向的夹角为β,释放后A球摆到最低点时恰与B球发生对心碰撞,碰撞后A球把原来静止于竖直方向的轻质指示针OC推到与竖直方向夹角为α处,球落到地面上,地面上铺有一张盖有复写纸的白纸,保持β角度不变,多次重复上述实验,白纸上记录多个B球的落点,进而测得B球的水平位移s,当地的重力加速度大小为g.‎ ‎1.A,B两个钢球的碰撞近似看成弹性碰撞,则A球质量__________B 球质量(选填“大于”、“小于”或“等于”),为了对白纸上多个B球的落地点进行数据处理, 进而确定落点的平均位置,需要用到的器材除刻度尺外,还需要__________ 。 2.用题中所给的物理量字母表示,碰撞前瞬间A球的动量pA=_______ ,碰撞后瞬间A球的动量p'A=____,碰撞后瞬间B球的动量p'B= _________.‎ ‎4、如图所示,在“验证动量守恒定律”的实验中,气垫导轨上放置着带有遮光板的滑块,遮光板的宽度相同,测得的质量分别为和。实验中,用细线将两个滑块拉近使轻弹簧压缩,然后烧断细线,轻弹簧将两个滑块弹开,测得它们通过光电门的时间分别为。‎ ‎(1)图为甲、乙两同学用螺旋测微器测遮光板宽度时所得的不同情景。由该图可知甲同学测得的示数为__________mm,乙同学测得的示数为__________mm。‎ ‎(2)用测量的物理量表示动量守恒,应满足的关系式为___________,被压缩弹簧开始储存的弹性势能__________。‎ ‎5、如图甲所示,在验证动量守恒定律实验时,小车的前端粘有橡皮泥,推动小车使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车相碰并粘合成一体,继续匀速运动,在小车后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为,长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力。‎ ‎1.若获得纸带如图乙所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。为运动起始的第一点,则应选__________段来计算的碰前速度,应选__________段来计算和碰后的共同速度(填“”或“”或“”或“”)。‎ ‎2.已测得小车的质量,小车的质量为,由以上测量结果可得碰前系统总动量为__________,碰后系统总动量为__________‎ ‎。(结果保留四位有效数字) 3.实验结论:__________。‎ ‎6、用如图甲所示装置结合频闪照相机拍摄的照片的来验证动量守恒定律,实验步骤如下:‎ ‎①用天平测出A、B两个小球的质量mA和mB;‎ ‎②安装好实验装置,使斜槽的末端所在的平面保持水平;‎ ‎③先不在斜槽的末端放小球B,让小球A从斜槽上位置P由静止开始释放,小球A离开斜槽后,频闪照相机连续拍摄小球A的两位置(如图乙所示);‎ ‎④将小球B放在斜槽的末端,让小球A仍从位置P处由静止开始释放,使它们碰撞,频闪照相机连续拍摄下两个小球的位置(如图丙所示);‎ ‎⑤测出所需要的物理量。‎ 请回答:‎ ‎1.实验①中A、B的两球质量应满足___________‎ ‎2. 在步骤⑤中,需要在照片中直接测量的物理量有__________(选填“x0、y0、xA、yA、xB、yB”) ‎ ‎3. 两球在碰撞过程中若动量守恒,满足的方程是:______________________。 ‎ ‎7、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及测定平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数的实验.在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门,A点右侧为光滑水平面,左侧为粗糙水平面,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;‎ C.在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,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;‎ F.滑块a最终停在C点(图中未画出),用刻度尺测出之间的距离;‎ G.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及平台边缘垂线与B点之间的水平距离;‎ H.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,则只需验证弹开后的动量大小相等,即a的动量大小________等于b的动量大小____________;(用上述实验所涉及物理量的字母表示)‎ ‎3.改变弹簧压缩量,多次测量后,该兴趣小组得到的距离与的关系图象如图丙所示,图象的斜率为k,则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为____________.(用上述实验数据字母表示)‎ ‎8、如图甲所示,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。先安装好实验装置,在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸,记下重垂线所指的位置O。‎ 接下来的实验步骤如下:‎ 步骤1:不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上。重复多次,用尽可能小的圆,把小球的所有落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置;‎ 步骤2:把小球2放在斜槽前端边缘位置B,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞。重复多次,并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置;‎ 步骤3:用刻度尺分别测的平均位置离O点的距离,即线段的长度。 (1)上述实验除需测量线段的长度外,还需要测量的物理量有______。 A.两点间的高度差 B.B点离地面的高度 C.小球1和小球2的质量 D.小球1和小球2的半径r (2)当所测物理量满足______________________________时（用所测物理量的字母表示）,即说明两球碰撞遵守动量守恒定律。‎ ‎(3)完成上述实验后,某实验小组对装置进行了如图2所示的改造.在水平槽末端与水平地面间放置了一个斜面,斜面的顶点与水平槽等高且无缝连接.使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下,重复实验步骤1和2的操作,得到两球落在斜面上的平均落点.用刻度尺测量斜面顶点到三点的距离分别为.则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为____________（用所测物理量的字母表示）。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：0.1;-0.2;-0.2‎ 解析：分析题图可知,四次闪光照片中滑块A处于四个不同的位置,故滑块A是一直处于运动之中的,而四次闪光中B滑块只显示了两个位置,且已知碰后有一个滑块是静止的,故只能是碰后B滑块处于静止状态,则碰撞发生在60cm处.即第一次闪光后A向右运动5cm、B向左运动10cm发生碰撞,之后B静止在60cm处,A向左运动10cm发生第二次闪光,再向左匀速运动20cm发生第三次闪光,以向右为速度的正方向,故A碰撞后的速度为,可知碰后到第二次闪光A向左运动的时间为,故滑块碰撞发生在第一次闪光后,因1.00m/s,而碰撞前滑块A的速度为、滑块B的速度为.碰前两滑块的质量与速度乘积之和是,碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和是。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：1.水平; 匀速; 2.滑块2通过光电门2的挡光时间△t3; 挡光片的宽度d 3. ‎ 解析：1.实验时,应调节气垫导轨底部的旋钮,使导轨水平,充气后,当滑块在导轨上能匀速运动时,说明气垫导轨已经调节好. 2.实验时,需要分别测量两个滑块的质量以及滑块1碰前、碰后的速率与滑块2碰后的速率,所以还需要测量滑块2通过光电门2的挡光时间△t3以及挡光片的宽度d 3.碰前两滑块组成的系统的总动量为,碰后两滑块组成的系统的总动量为,则动量守恒定律的表达式为.‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：1.大于; 圆规; 2. ‎ 解析：1.为了防止碰后出现反弹.应用质量较大的球去碰质量较小的球;为了准确找出落点,应用圆规画最小的圆,将所有的点画在圆内,圆心为平均位置 2.碰撞后B球做平抛运动,水平方向有s=v'Bt,,竖直方向有,解得,则碰后B球的动量为 ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：(1)3.505(3.504~3.506均可);3.485(3.484~3.486均可) (2);‎ 解析：(1)题图(b)甲中螺旋测微器的固定刻度读数为3.5mm,可动刻度读数为0.01×0.5mm=0.005mm,最终读数为3.5mm+0.005mm=3.505mm;题图(b)乙中螺旋测微器的固定刻度读数为3mm,可动刻度读数为0.01×48.5mm=0.485mm,最终读数为3mm+0.485mm=3.485mm。‎ ‎(2)设向右为正方向,根据动量守恒定律可知,应满足的表达式为,即,又,,代入可得。根据功能关系可知,储存的弹性势能转化为两滑块弹开后的动能,则有,即。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：1.BC; DE; 2.1.035; 1.030; 3.在实验误差允许范围内,碰前和碰后的总动量相等,系统的动量守恒 解析：1. 与碰后粘在一起,速度减小,相等时间内的间隔减小,可知通过段来计算的碰前速度,通过段计算和 碰后的共同速度. 2. 碰前的速度: ,碰后共同速度: . 碰前总动量: 碰后的总动量: 。 3.可知在误差允许范围内, 与碰撞过程中,系统动量守恒.‎ 考点:验证动量守恒定律 ‎【名师点睛】该题的关键是熟练掌握验证动量守恒定律的实验.‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：1.mA > mB 2.x0、xA、xB (由于频闪照相的频率固定,因此只需要测量小球的水平位移) 3. mAx0=mAxA+mBxB    ‎ 解析：1.为了防止入射球碰后反弹,入射球的质量要大于被碰球的质量,即mA>mB 2.碰撞时应有mAv0=mAvA+mBvB,由平抛規律有x = vt,小球从相同高度落下,故时间相等,上式中两边同乘以t ,则有mAx0=mAxA+mBxB,所以需要在照片中直接湖量的物理量有x0、xA、xB 3.由2的分析可知,应验证的表达式为 mAx0=mAxA+mBxB    ‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：1.2.550 2. 3.‎ 解析：1.螺旋测微器的固定刻度读数为2.5mm,可动刻度读数为,所以最终读数为.‎ ‎2.烧断细线后,a向左运动,经过光电门.根据速度公式可知,a经过光电门的速度大小为;故a的动量为,b离开平台后做平抛运动,根据平抛运动规律可得,,解得;故b的动量大小为,‎ 若动量守恒,设向右为正,则有,即可验证动量守恒.‎ ‎3.对滑块a由光电门向左运动过程分析,则有,经过光电门的速度大小,由牛顿第二定律可得,联立可得,则由图象可知.‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：(1)C; (2) (3)‎ 解析：(1)根据动量守恒得,所以除了测量线段的长度外,还需要测量的物理量为小球1和小球2的质量,故选C。‎ ‎(2)因为小球做平抛运动的时间相等,则水平位移可以代表速度,是小球1未与小球2碰撞时平抛运动的水平位移大小,可以代表碰撞前小球1的速度,是碰撞后小球1做平抛运动的水平位移大小,可以代表碰撞后小球1的速度,是碰撞后小球2做平抛运动的水平位移大小,可以代表碰撞后小球2的速度,当所测物理量满足表达式时,说明两球碰撞过程中遵循动量守恒定律。‎ ‎(3)碰撞前,小球1的落点为图中的点,设其水平初速度为。小球1和2发生碰撞后,小球1的落点为图中点,设其水平初速度为,小球2的落点为图中的点,设其水平初速度为。设斜面与水平地面的夹角为α,‎ 由平抛运动规律得,,解得,同理,,可见速度正比于。所以只要验证。‎ ‎ ‎