【物理】2020届一轮复习人教版第五章验证动量守恒定律作业

【物理】2020届一轮复习人教版第五章验证动量守恒定律作业

‎ (三十八) 验证动量守恒定律 作业 ‎1．(2019·益阳模拟)利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”的实验。‎ ‎(1)实验要求研究两滑块碰撞时动能损失最小和最大等各种情况，若要求碰撞时动能损失最大应选图中的________(选填“甲”或“乙”)，若要求碰撞时动能损失最小则应选图中的________(选填“甲”或“乙”)。(甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥)‎ ‎(2)某次实验时碰撞前滑块B静止，滑块A匀速向滑块B运动并发生碰撞，利用闪光照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。已知相邻两次闪光的时间间隔为T，在这4次闪光的过程中，两滑块A、B均在0～‎80 cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝‎10 cm处。若两滑块A、B的碰撞时间及闪光持续的时间极短，均可忽略不计，则可知碰撞发生在第1次闪光后的________时刻，两滑块A、B质量比mA∶mB＝________。‎ 解析：(1)若要求碰撞时动能损失最大，则需两滑块碰撞后粘合在一起，故应选图中的乙；若要求碰撞时动能损失最小，则应使两滑块发生弹性碰撞，即选图中的甲。‎ ‎(2)由题图丙可知，第1次闪光时，滑块A恰好位于x＝‎10 cm 处，第二次A在x＝‎30 cm处，第三次A在x＝‎50 cm处，碰撞在x＝‎60 cm处。从第三次闪光到碰撞的时间为，则可知碰撞发生在第1次闪光后的2.5T时刻。设碰前A的速度大小为v，则碰后A的速度大小为，B的速度大小为v，根据动量守恒定律可得mAv＝－mA＋mBv，解得＝。‎ 答案：(1)乙　甲　(2)2.5T　2∶3‎ ‎2.某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞探究碰撞过程中的不变量，图中PQR为斜槽，实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在斜槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹。重复这种操作10次。图中O点是斜槽末端R在记录纸上的垂直投影点。‎ ‎(1)安装器材时要注意：固定在桌边上的斜槽末端的切线要沿________方向。‎ ‎(2)某次实验中，得出小球落点情况如图乙所示(单位是cm)，P′、M、N分别是入射小球在未放被碰小球时、放被碰小球后和被碰小球在碰后落点的平均位置(把落点圈在内的最小圆的圆心)，则入射小球和被碰小球质量之比为m1∶m2＝________。‎ 解析：(1)为保证小球滚落后做平抛运动，斜槽末端的切线要沿水平方向。‎ ‎(2)由碰撞过程中总动量守恒可知m1·＝m1·＋m2·(t为运动时间)，代入数据可解得m1∶m2＝4∶1。‎ 答案：(1)水平　(2)4∶1‎ ‎3．如图所示为弹簧弹射装置，在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧，在其两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管径且与弹簧不固连)，压缩弹簧并锁定。现解除锁定，则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射。按下述步骤进行实验：‎ ‎①用天平测出两球质量分别为m1、m2；‎ ‎②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h；‎ ‎③解除弹簧锁定弹出两球，记录两球在水平地面上的落点P、Q。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能，还需测量的物理量有________。(已知重力加速度g)‎ A．弹簧的压缩量Δx B．两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2‎ C．小球直径 D．两球从管口弹出到落地的时间t1、t2‎ ‎(2)根据测量结果，可得弹性势能的表达式为Ep＝________________________________。‎ ‎(3)由上述所测得的物理量表示，如果满足关系式____________，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。‎ 解析：(1)弹簧的弹性势能等于两球得到的动能之和，要求解动能必须还要知道两球弹射的初速度v0，由平抛运动规律，可知v0＝，故还需要测出两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2，B正确。‎ ‎(2)小球的动能Ek＝mv02＝m·2＝；故弹性势能的表达式为Ep＝m1v12＋m2v22＝‎ ＋。‎ ‎(3)由测得的物理量表示，如果满足关系式m1v1＝m2v2，即m1x1＝m2x2，那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒。‎ 答案：(1)B　(2)＋　(3)m1x1＝m2x2‎ ‎4.(2019·衡阳模拟)某同学用图示装置研究碰撞中的动量守恒，实验中使用半径相等的两小球A和B，实验的主要步骤如下：‎ A．用天平测得两小球A、B的质量分别为m1、m2，且m1>m2‎ B．如图所示安装器材，在竖直木板上记下O点(与置于C点的小球球心等高)，调节斜槽使其末端C切线水平 C．C处先不放球B，将球A从斜槽上的适当高度由静止释放，球A抛出后撞在木板上的平均落点为P D．再将球B置于C点，让球A从斜槽上同一位置静止释放，两球碰后落在木板上的平均落点为M、N E．用刻度尺测出三个平均落点到O点的距离分别为hM、hP、hN 回答下列问题：‎ ‎(1)若C点到木板的水平距离为x，小球平均落点到O点的距离为h，重力加速度为g，则小球做平抛运动的初速度v0＝________。‎ ‎(2)上述实验中，碰后球B的平均落点位置应是________(选填“M”或“N”)。‎ ‎(3)若关系式_______________________(用题中所测量的物理量的符号表示)成立，则说明了两小球碰撞中动量守恒。‎ 解析：(1)由平抛运动规律得，竖直方向h＝gt2，水平方向x＝v0t，解得水平速度v0＝x 。‎ ‎(2)由于水平位移相同，碰后速度越大，则飞行时间越短，竖直方向下落高度越小，故碰后B球的平均落点应在M处。‎ ‎(3)根据(1)中所求可得，碰前A球的速度vA＝x ；碰后A、B两球的速度分别为vA′＝x ，vB＝x ，根据动量守恒定律得m1vA＝m1vA′＋m2vB，化简可得m1 ＝m1 ＋m2 ，即只要上式成立，则可以验证动量守恒定律。‎ 答案：(1)x 　(2)M　(3)m1 ＝m1 ＋m2 ‎5.某小组用如图所示的装置验证动量守恒定律，装置固定在水平面上，圆弧形轨道末端切线水平，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静置于轨道末端水平部分，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。‎ ‎(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＝‎1 m，且A、B两球间为弹性碰撞，则球B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(球A)的质量应大于被碰球(球B)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－mAv02，解得：v0＝，－μmAgxA＝0－mAvA2，解得：vA＝，－μmBgxB＝0－mBvB2，解得：vB＝，如果碰撞过程动量守恒，则：mAv0＝mAvA＋mBvB，即：mA＝mA＋mB，整理得：mA＝mA＋mB，还需要测量碰撞后A、B两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，则动量守恒的表达式为：mA＝mA＋mB。‎ ‎(4)如果碰撞过程是弹性碰撞，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：mA＝mA＋mB，由机械能守恒定律得：mA()2＝mA()2＋mB()2，已知：mA＝2mB，x0＝‎1 m，解得：xB＝ m。‎ 答案：(1)mA＞mB　(2)碰撞后A、B两球在水平面滑行的距离 xA、xB　(3)mA＝mA＋mB　(4) m