2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章動量守恒定律實(shí)驗(yàn)12驗(yàn)證動量守恒定律模擬新人教版選修3-5

PAGEPAGE2實(shí)驗(yàn)12驗(yàn)證動量守恒定律1．(2022·湖南益陽模擬)(1)利用氣墊導(dǎo)軌通過閃光照相進(jìn)行“探究碰撞中的不變量〞這一實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求研究兩滑塊碰撞時(shí)動能損失很小和很大等各種情況，假設(shè)要求碰撞時(shí)動能損失最大應(yīng)選下列圖中的__乙__(填“甲〞或“乙〞)，假設(shè)要求碰撞動能損失最小那么應(yīng)選下列圖中的__甲__(填“甲〞或“乙〞)。(甲圖兩滑塊分別裝有彈性圈，乙圖兩滑塊分別裝有撞針和橡皮泥)eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343576)(2)某次實(shí)驗(yàn)時(shí)碰撞前B滑塊靜止，A滑塊勻速向B滑塊運(yùn)動并發(fā)生碰撞，利用閃光照相的方法連續(xù)4次拍攝得到的閃光照片如下圖，相鄰兩次閃光的時(shí)間間隔為T，在這4次閃光的過程中，A、B兩滑塊均在0～80cm范圍內(nèi)，且第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10cm處。假設(shè)A、B兩滑塊的碰撞時(shí)間及閃光持續(xù)的時(shí)間極短，均可忽略不計(jì)，那么可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的__2.5T__時(shí)刻，A、B兩滑塊質(zhì)量比mA∶mB＝__2∶3__。[解析](1)假設(shè)要求碰撞時(shí)動能損失最大，那么需兩物體碰撞后結(jié)合在一起，故應(yīng)選圖中的乙；假設(shè)要求碰撞時(shí)動能損失最小，那么應(yīng)使兩物體發(fā)生完全彈性碰撞，即選圖中的甲。(2)由圖可知，第1次閃光時(shí)，滑塊A恰好位于x＝10cm處，第二次A在x＝30cm處，第三次A在x＝50cm處，碰撞在x＝60cm處。從第三次閃光到碰撞的時(shí)間為eq\f(T,2)，那么可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的2.5T時(shí)刻。設(shè)碰前A的速度為v，那么碰后A的速度為eq\f(v,2)，B的速度為v，根據(jù)動量守恒定律可得mAv＝－mA·eq\f(v,2)＋mB·v，解得eq\f(mA,mB)＝eq\f(2,3)。2．(2022·黑龍江哈師大附中檢測)如下圖，用“碰撞實(shí)驗(yàn)器〞可以驗(yàn)證動量守恒定律，即研究兩個(gè)小球在軌道水平局部碰撞前后的動量關(guān)系。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343231)(1)實(shí)驗(yàn)中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通過僅測量__C__(填選項(xiàng)前的符號)，間接地解決這個(gè)問題。A．小球開始釋放高度hB．小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC．小球做平拋運(yùn)動的射程(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m1屢次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP。然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平局部，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并屢次重復(fù)。接下來要完成的必要步驟是__A、D、E或D、A、E__(填選項(xiàng)前的符號)A．用天平測量兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B．測量小球m1開始釋放高度hC．測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE．測量平拋射程OM、ON(3)經(jīng)測定，m1＝45.0g，m2＝7.5g，小球落地點(diǎn)的平均位置距O點(diǎn)的距離如下圖。碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1′，那么p1∶p1′＝__14__∶11；假設(shè)碰撞結(jié)束時(shí)m2的動量為p2′，那么p1′∶p2′＝11∶__2.9__。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，碰撞前、后總動量的比值eq\f(p1,p1′＋p2′)為__1.01__(此問結(jié)果保存三位有效數(shù)字)[解析](1)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動，小球拋出的高度相同，故它們在空中的運(yùn)動時(shí)間t相等，水平位移x＝v0t，即水平位移與初速度成正比，故實(shí)驗(yàn)中不需要測量時(shí)間，也就不需要測量桌面度H，只需要測量小球做平拋運(yùn)動的射程，選項(xiàng)C正確。(2)小球離開軌道后做平拋運(yùn)動，小球拋出點(diǎn)的高度相同，故它們在空中的運(yùn)動時(shí)間t相等，水平位移x＝v0t，知v0＝eq\f(\x\to(OP),t)，v1＝eq\f(\x\to(OM),t)，v2＝eq\f(\x\to(ON),t)，由動量守恒定律知m1v0＝m1v1＋m2v2，將速度表達(dá)式代入得m1eq\f(\x\to(OP),t)＝m1eq\f(\x\to(OM),t)＋m2eq\f(\x\to(ON),t)，解得m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)，故要完成的必要步驟是A、D、E或D、A、E。(3)碰撞前、后m1的動量分別為p1與p1′，由題意知p1＝m1v0＝m1eq\f(\x\to(OP),t)，p1′＝m1v1＝m1eq\f(\x\to(OM),t)，故p1∶p1′＝eq\x\to(OP)∶eq\x\to(OM)＝44.80∶35.20＝14∶11；假設(shè)碰撞結(jié)束時(shí)m2的動量為p2′，p2′＝m2v2＝m2eq\f(\x\to(ON),t)，故p1′∶p2′＝m1·eq\x\to(OM)∶m2·eq\x\to(ON)＝11∶2.9，碰撞前、后總動量的比值eq\f(p,p1′＋p2′)＝eq\f(m1\x\to(OP),m1\x\to(OM)＋m2\x\to(ON))＝1.01。3．(2022·浙江寧波期末)某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖a所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343232)(1)下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時(shí)，紙帶始終在水平方向；④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；⑥先__接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源__，然后__放開滑塊1__，讓滑塊帶動紙帶一起運(yùn)動；⑦取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤⑥，選出理想的紙帶如圖b所示；⑧測得滑塊1的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g。完善實(shí)驗(yàn)步驟⑥的內(nèi)容。(2)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動量為__0.620__kg·m/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為__0.618__kg·m/s(保存三位有效數(shù)字)。(3)試說明(2)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是__紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔有摩擦__。[解析](1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開滑塊。(2)作用前系統(tǒng)的總動量為滑塊1的動量p0＝m1v0，v0＝eq\f(0.2,0.1)m/s＝2m/s，p0＝0.310×2kg·m/s＝0.620kg·m