【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：1.4 實驗：驗證動量守恒定律提能作業(yè)習(xí)題

第一章4.填空題(本題共4小題，每題15分，共60分)1．(15分)氣墊導(dǎo)軌工作時能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮，從而基本消除掉摩擦力的影響，因此成為重要的實驗器材，氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計配合使用能完成許多實驗?，F(xiàn)提供以下實驗器材：(名稱、圖像、編號如圖所示)利用以上實驗器材還可以完成“通過證明m1v0＝(m1＋m2)v來得到滑塊碰撞時的動量守恒”的實驗。為完成此實驗。(1)針對實驗原理，我們應(yīng)選擇的器材編號為：_ABC__。(2)在我們所選的器材中：_B__器材對應(yīng)原理中的m1(填寫器材編號)。解析：該實驗的原理為m1v0＝(m1＋m2)v，兩個物體最終粘在一起，一起運(yùn)動，通過光電門可以測量速度的大小，所以應(yīng)選擇的器材為A、B、C。因為m1應(yīng)該是先運(yùn)動的滑塊，不是靜止的滑塊，所以對應(yīng)的器材是B。2．(15分)(2023·江蘇省揚(yáng)州中學(xué)高二下學(xué)期檢測)在探究碰撞中動量守恒實驗中，利用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌通過閃光照相進(jìn)行這一實驗。某次實驗時碰撞前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圖所示。已知相鄰兩次閃光的時間間隔為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，滑塊A恰好位于x＝10cm處。若A、B兩滑塊的碰撞時間及閃光持續(xù)的時間極短，均可忽略不計，則可知碰撞發(fā)生在第1次閃光后的_2.5T__時刻，如果碰撞前后動量守恒，則A、B兩滑塊質(zhì)量之比mA︰mB＝_2︰3__。解析：由題圖可知，前三次曝光的時間間隔內(nèi)物塊A的位移相同，兩物塊不可能相碰，又由于物塊B開始時靜止，而碰后物塊B一定向右運(yùn)動，因物塊B靜止在60cm的位置，所以兩物塊碰撞一定發(fā)生在2.5T末，設(shè)碰前物塊A的速度大小為v，則碰后物塊A的速度大小為eq\f(v,2)，由題圖可知碰后B的速度大小為v，假設(shè)取向右的方向為正，則碰前的質(zhì)量與速度乘積的和為mAv，碰后的質(zhì)量與速度乘積的和為－mAeq\f(v,2)＋mBv，因為碰撞前后動量守恒，則整理可得mA︰mB＝2︰3。3．(15分)(2023·山東日照五蓮高二檢測)用如圖甲所示裝置結(jié)合頻閃照相機(jī)拍攝的照片來驗證動量守恒定律，實驗步驟如下：①用天平測出A、B兩個小球的質(zhì)量分別為mA、mB；②安裝好實驗裝置，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，讓小球A從斜槽上位置P處由靜止開始釋放，小球A離開斜槽后，頻閃照相機(jī)連續(xù)拍攝小球A的兩個位置(如圖乙所示)；④將小球B放在斜槽的末端，讓小球A仍從斜槽上位置P處由靜止開始釋放，使它們碰撞，頻閃照相機(jī)連續(xù)拍攝下兩個小球的位置(如圖丙所示)；⑤測出所需要的物理量。請回答：(1)步驟①中A、B兩球的質(zhì)量應(yīng)滿足_mA>mB__；(2)在步驟⑤中，需要在照片中直接測量的物理量有_x0、xA、xB__(選填“x0”“y0”“xA”“yA”“xB”或“yB”)；(3)兩球在碰撞過程中若動量守恒，滿足的方程是_mAx0＝mAxA＋mBxB__。解析：(1)在小球碰撞過程中水平方向動量守恒，故有mAv0＝mAv1＋mBv2，要使碰后小球A的速度v1>0，則mA>mB。(2)由于頻閃照相的頻率一定，因此只需要測量小球的水平位移，在步驟⑤中，需要在照片中直接測量的物理量有x0、xA、xB。(3)驗證的方程為mAx0＝mAxA＋mBxB。4．(15分)如圖甲所示的裝置叫作阿特伍德機(jī)，是英國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家阿特伍德制作的一種力學(xué)實驗裝置，用來研究勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律。某同學(xué)對該裝置加以改進(jìn)后用來驗證機(jī)械能守恒定律和動量守恒定律，如圖乙所示。已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度如圖丙所示，則d＝_4.45__mm；然后將質(zhì)量均為m(A含擋光片和掛鉤、B含掛鉤)的重物用繩連接后，跨放在定滑輪上，A置于桌面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，測量出擋光片中心到固定光電門中心的豎直距離h。(2)驗證機(jī)械能守恒定律實驗時，該同學(xué)在B的下端掛上質(zhì)量也為m的物塊C(含掛鉤)，讓系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)中的物體由靜止開始運(yùn)動，光電門記錄擋光片擋光的時間為Δt，如果系統(tǒng)(重物A、B以及物塊C)的機(jī)械能守恒，應(yīng)滿足的關(guān)系式為gh＝eq\f(3d2,2Δt2)，引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因有_繩子有一定的質(zhì)量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運(yùn)動受到空氣阻力等(任選一條)__(寫一條即可)。(3)為了驗證動量守恒定律，該同學(xué)讓A在桌面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，將B從靜止位置豎直上升s后自由下落，直到光電門記錄下?lián)豕馄瑩豕獾臅r間為Δt′(B未接觸桌面)，則驗證繩繃緊過程中系統(tǒng)沿繩方向動量守恒定律的表達(dá)式為eq\r(2gs)＝eq\f(2d,Δt′)；如果該同學(xué)忘記將B下方的C取下，完成測量后，驗證動量守恒定律的表達(dá)式為2eq\r(2gs)＝3eq\r(\f(d2,Δt′2)－\f(2,3)gh)。解析：(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)d＝4mm＋0.05×9mm＝4.45mm。(2)系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)(2m＋m)v2＝eq\f(1,2)×3m×eq\f(d2,Δt2)＝eq\f(3md2,2Δt2)。系統(tǒng)重力勢能的減少量為mgh，應(yīng)滿足的關(guān)系式為mgh＝eq\f(3md2,2Δt2)，即gh＝eq\f(3d2,2Δt2)。引起實驗系統(tǒng)誤差的主要原因有繩子有一定的質(zhì)量、滑輪與繩子之間有摩擦、重物運(yùn)動受到空氣阻力等(任選一條)。(3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知mgs＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(2gs)，則可知，作用前的總動量p＝mv＝meq\r(2gs)；此后A、B一起做勻速運(yùn)動，運(yùn)動速度v′＝eq\f(d,Δt′)，故作用后的動量大小的代數(shù)和p′＝2mv′＝eq\f(2md,Δt′)，故只要驗證eq\r(2gs)＝eq\f(2d,Δt′)，即可證明動量守恒；若沒有取下C，則三個物體速度相同后做加速運(yùn)動，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知，mgh＝eq\f(1,2)×3meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f