高考物理一輪復(fù)習(xí)課時作業(yè)30實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動量守恒定律（含解析）

PAGEPAGE1實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動量守恒定律1．(2018·河南模擬)用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證動量守恒定律，小車P的前端粘有橡皮泥，后端連接通過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶，在長木板右端墊放木塊以平衡摩擦力，推一下小車P，使之運(yùn)動，與靜止的小車Q相碰粘在一起，繼續(xù)運(yùn)動．(1)實(shí)驗(yàn)獲得的一條紙帶如圖乙所示，根據(jù)點(diǎn)跡的不同特征把紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行了區(qū)域劃分，用刻度尺測得各點(diǎn)到起點(diǎn)A的距離．根據(jù)碰撞前后小車的運(yùn)動情況，應(yīng)選紙帶上________段來計(jì)算小車P的碰前速度．(2)測得小車P(含橡皮泥)的質(zhì)量為m1，小車Q(含橡皮泥)的質(zhì)量為m2，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式________，則可驗(yàn)證小車P、Q碰撞前后動量守恒．(3)如果在測量小車P的質(zhì)量時，忘記粘橡皮泥，則所測系統(tǒng)碰前的動量與系統(tǒng)碰后的動量相比，將________(填“偏大”或“偏小”或“相等”)．答案(1)BC(2)m1eq\f(s2－s1,2)＝(m1＋m2)×eq\f(s4－s3,3)(3)偏小解析(1)兩小車碰撞前做勻速直線運(yùn)動，在相等時間內(nèi)小車位移相等，由圖示紙帶可知，應(yīng)選擇紙帶上的BC段求出小車P碰撞前的速度．(2)設(shè)打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)時間間隔為T，由圖示紙帶可知，碰撞前小車的速度：v＝eq\f(s2－s1,4T)，碰撞后小車的速度：v′＝eq\f(s4－s3,6T)，如果碰撞前后系統(tǒng)動量守恒，則：m1v＝(m1＋m2)v′，即：m1eq\f(s2－s1,4T)＝(m1＋m2)eq\f(s4－s3,6T)，整理得：m1eq\f(s2－s1,2)＝(m1＋m2)×eq\f(s4－s3,3)；(3)在測量小車P的質(zhì)量時，忘記粘橡皮泥，小車P質(zhì)量的測量值小于真實(shí)值，由p＝mv可知，所測系統(tǒng)碰前的動量小于碰撞后系統(tǒng)的動量．2．(2018·臺州模擬)某同學(xué)用如圖1所示的裝置探究碰撞中的不變量，實(shí)驗(yàn)開始前在水平放置的氣墊導(dǎo)軌左端裝一個彈射裝置，滑塊碰到彈射裝置時將被鎖定，打開控制開關(guān)，滑塊可被彈射裝置向右彈出．滑塊甲和滑塊乙上裝有相同寬度的擋光片，在滑塊甲的右端和滑塊乙的左端裝上了彈性碰架(圖中未畫出)，可保證在滑塊碰撞過程中能量損失極?。_始時，滑塊甲被彈射裝置鎖定，滑塊乙靜置于兩個光電門之間．(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d如圖2所示，則d＝________cm.(2)為使碰撞后兩個滑塊能夠先后通過光電門2，則選用下列哪組滑塊能使實(shí)驗(yàn)效果更好________．A．m甲＝50g，m乙＝50gB．m甲＝100g，m乙＝50gC．m甲＝50g，m乙＝100g(3)某次實(shí)驗(yàn)時，該同學(xué)記錄下滑塊甲(質(zhì)量為m甲)通過光電門1的時間為t1，滑塊乙(質(zhì)量為m2)通過光電門2的時間為t2，滑塊甲通過光電門2的時間為t3，根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材等測量條件確定誤差范圍．①只要等式________成立，則可說明碰撞過程中動量守恒；②只要等式________成立，則可說明這次碰撞為彈性碰撞．(注：以上2個等式必須用題目中所給的字母表示)答案(1)2.145(2)B(3)①m甲eq\f(d,t1)＝m甲eq\f(d,t3)＋m乙eq\f(d,t2)②m甲(eq\f(d,t1))2＝m甲(eq\f(d,t3))2＋m乙(eq\f(d,t2))2解析(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為21mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×9mm＝0.45mm，則最終讀數(shù)為21.45mm＝2.145cm；(2)為使碰撞后兩個滑塊能夠先后通過光電門2，所以入射滑塊不能反彈，所以應(yīng)用質(zhì)量較大的滑塊去碰質(zhì)量較小的滑塊，故選B項(xiàng)；(3)滑塊經(jīng)過光電門的速度分別為：v1＝eq\f(d,t1)v2＝eq\f(d,t2)v3＝eq\f(d,t3)①設(shè)甲的初速度方向?yàn)檎较?，則由動量守恒定律有：m甲v1＝m甲v3＋m乙v2；代入速度公式則有：m甲eq\f(d,t1)＝m甲eq\f(d,t3)＋m乙eq\f(d,t2)；②要保證為碰性碰撞，碰撞前后機(jī)械能守恒，則有：eq\f(1,2)m甲(eq\f(d,t1))2＝eq\f(1,2)m甲(eq\f(d,t3))2＋eq\f(1,2)m乙(eq\f(d,t2))2；即m甲(eq\f(d,t1))2＝m甲(eq\f(d,t3))2＋m乙(eq\f(d,t2))2成立，即說明為彈性碰撞．3．(2018·衡水四模)某實(shí)驗(yàn)小組做“驗(yàn)證動量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)．分別設(shè)計(jì)了圖甲、圖乙兩種實(shí)驗(yàn)裝置；(1)若采用圖甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為了減小偶然誤差，確定小球落點(diǎn)的平均位置的方法是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；為了保證入射小球離開斜槽末端的速度相同，每次必須從斜槽上__________________滾下；(2)已知入射小球質(zhì)量為m1，被碰小球質(zhì)量為m2(m1＞m2)，甲同學(xué)建議用圖甲所示的裝置，由水平地板上的白紙與復(fù)寫紙記錄兩小球碰撞前后落點(diǎn)的位置，實(shí)驗(yàn)中記下了O、M、P、N四個位置，如圖甲所示，其中P點(diǎn)是未放小球m2時小球m1被釋放后落點(diǎn)的位置，若采用圖甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若滿足________________(用m1、m2、OM、OP、ON表示)，則說明碰撞中動量守恒；乙同學(xué)建議用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用垂直于小球下落軌跡平面的豎直木板及白紙、復(fù)寫紙記錄兩小球碰撞前后落點(diǎn)的位置，實(shí)驗(yàn)中記下了O、A、B、C四個位置(如圖所示)，若滿足________________(用m1、m2、OA、OB、OC表示)，則說明碰撞中動量守恒；這兩種方案你認(rèn)為________(填“甲”或“乙“)較好．答案(1)用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓把所有的落點(diǎn)圈在里面，圓心即平均位置同一位置由靜止開始(2)m1OP＝m1OM＋m2ONeq\f(m1,\r(OB))＝eq\f(m1,\r(OC))＋eq\f(m2,\r(OA))甲解析(1)用圓規(guī)畫一個盡可能小的圓把所有的落點(diǎn)圈在里面，圓心即平均位置，這樣可以減小偶然誤差；為了保證小球每次到達(dá)斜面末端時速度相同，應(yīng)讓小球每次從同一位置由靜止滑下；(2)設(shè)落地時間為t，則有：v1＝eq\f(OP,t)，v1′＝eq\f(OM,t)，v2′＝eq\f(ON,t)而動量守恒的表達(dá)式是：m1v1＝m1v1′＋m2v2′所以若兩球相碰前后的動量守恒，則有：m1·OM＋m2·ON＝m1·OP成立；小球做平拋運(yùn)動，在豎直方向上：h＝eq\f(1,2)gt2，平拋運(yùn)動時間：t＝eq\r(\f(2h,g))，設(shè)軌道末端到木條的水平位置為x，小球做平拋運(yùn)動的初速度：va＝eq\f(x,\r(\f(2OB,g)))，va′＝eq\f(x,\r(\f(2OC,g)))，vb′＝eq\f(x,\r(\f(2OA,g)))，如果碰撞過程動量守恒，則：mava＝mava′＋mbvb′，代入速度解得：eq\f(m1,\r(OB))＝eq\f(m1,\r(OC))＋eq\f(m2,\r(OA))；由于甲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法簡單且數(shù)據(jù)處理方便，因此甲實(shí)驗(yàn)原理更好一些．4.(2018·濰坊三模)某同學(xué)用如圖所示裝置驗(yàn)證動量守恒：長木板水平固定，彈簧左端固定在擋板上，右端自由伸長到O點(diǎn)，滑塊A右側(cè)粘有橡皮泥，置于長木板上，左側(cè)恰好位于O點(diǎn)．操作如下：①推動A壓縮彈簧至某一位置，然后無初速釋放，測得停下時A、O間距離x1；②再次推動A壓縮彈簧至同一位置，另取一滑塊B放于O點(diǎn)，無初速釋放A，A與B碰后粘在一起運(yùn)動，測得停下時A、O的距離x2.請回答下列問題：(1)x1________x2(選填“大于”“小于”或“等于”)；(2)實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量及符號是________，若等式________(用所測物理量符號表示)成立，則碰撞過程動量守恒．答案(1)大于(2)滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量mMeq\r(x1)＝(M＋m)eq\r(x2)解析(1)由于碰撞后整體的速度小，故碰后停下時的距離要短，故x1大于x2；(2)根據(jù)動量守恒定律可知，實(shí)驗(yàn)中需要測量滑塊AB的質(zhì)量，以及A的速度和AB共同的速度，速度可以根據(jù)速度和位移的關(guān)系求解，故只需要再測量滑塊A質(zhì)量M，滑塊B質(zhì)量m即可；由于可以認(rèn)為兩物體和地面的動摩擦因數(shù)相等，根據(jù)a＝μg可知，加速度相同，則有：v2＝2ax，解得：v1＝eq\r(2ax1)；碰后AB共同的速度v＝eq\r(2ax2)；根據(jù)動量守恒定律有：Mv1＝(M＋m)v將速度代入，化簡可得：Meq\r(x1)＝(M＋m)eq\r(x2).5．(2018·保定一模)幾個同學(xué)在閑聊時說起了滑旱冰的物理學(xué)知識，于是大家想要粗略驗(yàn)證動量守恒定律，設(shè)計(jì)好方案后按下列步驟進(jìn)行：a．在寬闊水平的場地上選取兩個基準(zhǔn)點(diǎn)為原點(diǎn)，分別向相反方向畫射線，選取一定長度為標(biāo)度畫上刻度；b．兩個同學(xué)穿好旱冰鞋分別站立在一個原點(diǎn)上，對推，旁邊同學(xué)用智能手機(jī)跟拍；c．改變對推人數(shù)，比如一方兩個同學(xué)相互抱住，另一方一個同學(xué)，旁邊同學(xué)拍下運(yùn)動場景；d．選取同學(xué)的運(yùn)動軌跡基本沿著射線的視頻，由視頻得到一些相關(guān)數(shù)據(jù)．請回答：(1)要完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，選出下列你認(rèn)為需要用到的數(shù)據(jù)________．A．本地重力加速度gB．對推雙方的質(zhì)量m1、m2C．對推雙方滑行的標(biāo)度數(shù)目n1、n2D．互推過程的時間，E．早冰鞋與地面之間的動摩擦因數(shù)μ(2)用選出的物理量寫出驗(yàn)證動量守恒的表達(dá)式________．(3)寫出可能影響驗(yàn)證的某一個因素________________________________________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)BC(2)m1eq\r(n1)＝m2eq\r(n2)(3)雙方早冰鞋與地面間的摩撇因數(shù)不同，地面平整程度不同，對推過程時間較長摩擦力的沖量較大，推開后同學(xué)身體有轉(zhuǎn)動等等(任選一個作答)解析(1)由題意可知本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證動量守恒定律，則可知一定要測量兩物體的質(zhì)量，同時為了測出相推后的速度，應(yīng)根據(jù)人滑動的位移進(jìn)行計(jì)算，所以應(yīng)測量對推雙方滑行的標(biāo)度數(shù)目n1、n2；其他均不需測量，故選BC兩項(xiàng)；(2)假設(shè)人與地面間的動摩擦因數(shù)相同，同時設(shè)兩標(biāo)度間距離為L；根據(jù)速度和位移關(guān)系可知，v＝eq\r(2anL)；由動量守恒定律有：m1v1＝m2v2代入并化簡可知：m1eq\r(n1)＝m2eq\r(n2)；(3)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因較多，如：雙方早冰鞋與地面間的動摩擦因數(shù)不同，地面平整程度不同，對推過程時間較長摩擦力的沖量較大，推開后同學(xué)身體有轉(zhuǎn)動等等．6.某學(xué)習(xí)小組為了驗(yàn)證碰撞中的動量守恒，設(shè)計(jì)了如下方案：如圖所示，斜面與水平桌面平滑連接，先將質(zhì)量為M的滑塊A從斜面上某位置由靜止釋放，測量出滑塊在水平桌面滑行的距離x0；接著將質(zhì)量為m、相同材料的小滑塊B放在斜面底端的水平軌道上，再讓A從斜面上同一位置由靜止釋放，A與B碰撞后，測量出各自沿桌面滑行的距離x1、x2.實(shí)驗(yàn)中M＞m，重力加速度為g.(1)若滿足關(guān)系式________，則驗(yàn)證了A和B的碰撞動量守恒(用題目中給出的物理量表示)．(2)若滿足關(guān)系式________，則驗(yàn)證了A和B的碰撞是彈性碰撞(用題目中給出的物理量表示)．(3)若桌面稍有傾斜，本實(shí)驗(yàn)________(填正確選項(xiàng))．A．無法驗(yàn)證動量守恒B．仍可以驗(yàn)證動量守恒C．滿足動量守恒的關(guān)系式將改變答案(1)Meq\r(x0)＝Meq\r(x1)＋meq\r(x2)(2)Mx0＝Mx1＋mx2(3)B解析(1)由牛頓第二定律可知，兩物體在水平面上滑行的時的加速度a＝μg；則由速度和位移關(guān)系可知，v2＝2ax解得：v＝eq\r(2μgx)；即速度與eq\r(x)成正比；若碰撞中動量守恒，則有：Mv0＝Mv1＋mv2Meq\r(x0)＝Meq\r(x1)＋meq\r(x2)(2)若為彈性碰撞，則可知：eq\f(1,2)Mv02＝eq\f(1,2)Mv12＋eq\f(1,2)mv22Mx0＝Mx1＋mx2(3)若斜面傾斜，因滑塊受力產(chǎn)生的加速度仍相同，故速度和eq\r(x)仍成正比，根據(jù)以上分析可知，仍然可以驗(yàn)證動量守恒．7．(2018·武漢模擬)如圖(a)所示，沖擊擺是一個用細(xì)線懸掛著的擺塊，彈丸擊中擺塊時陷入擺塊內(nèi)，使擺塊擺至某一高度，利用這種裝置可以測出彈丸的發(fā)射速度．實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測出彈丸的質(zhì)量m和擺塊的質(zhì)量M；②將實(shí)驗(yàn)裝置水平放在桌子上，調(diào)節(jié)擺繩的長度．使彈丸恰好能射入擺塊內(nèi)，并使擺塊擺動平穩(wěn)，同時用刻度尺測出擺長；③讓擺塊靜止在平衡位置，扳動彈簧槍的扳機(jī)，把彈丸射入擺塊內(nèi)，擺塊和彈丸推動指針一起擺動．記下指針的最大偏角；④多次重復(fù)步驟③，記錄指針最大偏角的平均值θ；⑤換不同擋位測量，并將結(jié)果填入下表．擋位平均最大偏角θ(度)彈丸質(zhì)量m(kg)擺塊質(zhì)量M(kg)擺長l(m)彈丸的速度v(m/s)低速擋15.70.007650.07890.2705.03中速擋19.10.007650.07890.2706.77高速擋0.007650.07890.2707.15完成下列填